К началу Крестьянской войны торговые дела у него шли из рук вон плохо, Грязнов разорился. Бывший купец неожиданно обнаружил в себе талант руководителя, объединив крестьян Исетской провинции под знаменами Пугачева. После взятия Челябинска упоминания о Грязнове просто исчезли из документов.
Сведения о биографии Ивана Никифоровича Грязнова разнятся. Известно, однако, что он происходил из купеческой семьи. Грязнов не стал предприимчивым дельцом, какими были мужчины из его семьи. Ему пришлось закрыть лавку и отказаться от коммерческой деятельности. К 1773-у он служил приказчиком на Уральском металлургическом заводе. С началом восстания Иван Никифорович присоединился к пугачевцам. Он стал лидером среди заводских крестьян, терпевших притеснения от горнозаводчиков. Они работали в тяжелых условиях, не имея возможности трудиться на своих наделах. К началу Крестьянской войны недовольство достигло своего пика.
Письма Грязнова рисуют портрет образованного человека. Вместе с тем, изложенные им требования кажутся наивными. Так, он писал своему товарищу, воеводе В. И. Свербееву: «Высокообразованный и высокопочтенный господин коллежский асессор и пример-майор Василий Иванович Свербеев! Я во удивление прихожу, что так напрасно закоснели сердца человеческие и не приходят в чувство, а паче не иное что, как делают разорение: и проливают кровь невинно: Называют еще премилосердного государя Петра Федоровича бродягою донским казаком Пугачевым. Вы же думаете, что одна Исетская провинция имеет в себе разум, а прочих почитая за ничто, или, словом сказать, за скот. Поверь, любезный, ошиблись! Да и ошибаются многие, не зная, конечно, ни силы, ни писания: сделай себя счастливым, прикажи, чтобы без всякого кровопролития сделать и крови напрасной не проливать: Прошу, яко брата».
В ноябре 1773-го Иван Грязнов предложил Пугачеву организовать производство боеприпасов. Его отряд захватил несколько крупных предприятий, включая Богоявленский медеплавильный завод. К Грязнову присоединились также рабочие Воскресенского завода. Каждый год предприятие давало до 12 тысяч пудов меди, на нем трудились около 1600 человек. Крестьяне захватили порох и 12 орудий. Примкнули к Ивану Никифоровичу и заводские крестьяне из Архангельска. Мятежник взял Стерлитамак и Табынский городок. Его отряд стал основной силой восстания на Южном Урале. Район, где было сосредоточено производство, был крайне важен для пугачевцев.
Пугачев назначил Грязнова «главным полковником». Под его руководством сражались порядка 6 тысяч человек. Современники отмечали, что бунтовщик строго наказывал «ослушников»; так, башкирского сотника, который проигнорировал приказ о мобилизации, он приговорил к смертной казни. На подходе к Челябинску Иван Никифорович составил воззвание к городским жителям, в котором утверждал, что дворяне не имеют права собственности на крестьян. Восстание распространялось от имени «Петра III». В документах за подписью Грязнова подчеркивалось, что Крестьянская война осуществляется по велению бога. «Господь наш Иисус Христос желает и произвести соизволяет своим святым промыслом Россию от ига работы», — значилось в одном из писем.
После взятия Челябинска отряд Грязнова потерял связь с другими городами. Часть крестьян отбилась от подразделения и занялась грабежом. С этого момента имя «главного полковника» не упоминается в исторических документах. По мнению некоторых исследователей, он мог погибнуть в бою под Казанью.