Предложение Белобородова было принято. 20 июня пугачевцы пошли на новый штурм крепости. Впереди двигались возы с соломой и сеном, а под их прикрытием шли к стенам крепости пугачевцы. Они стреляли из пушек, ружей и луков и ждали лишь приказа, чтобы броситься на штурм крепости. Осажденные сначала отстреливались. Среди штурмовавших оказались раненые, но они не покинули поле боя и продолжали идти вперед. Белобородов принимал горячее участие в бое. «Муж мой, Белобородов, — рассказывала жена Белобородова, — особливую к нападению ревность имел и был ранен в ногу». Вскоре жители крепости подняли восстание, обезоружили солдат и, зазвонив в колокола отбой, отворили ворота и вывели солдат навстречу пугачевцам.
Во время похода Пугачева по Каме сотник Белобородова Бахтиар Канкаев оказывал существенную помощь пугачевской армии: он набирал людей в армию Пугачева, охранял перевозы и вел наблюдение за действиями правительственных войск.
11 июля Пугачев во главе десятитысячной армии подошел к Казани. Город был со всех сторон обнесен рогатками и имел пять батарей. Пугачев и Белобородов с небольшой свитой осмотрели городские укрепления и убедились в возможности прорваться в тыл врага. На другой день был собран военный совет. Пугачев разделил свое войско на четыре части, дав одну из них Белобородову. Ему же было поручено захватить одно из наиболее важных городских укреплений, расположенных около Сибирской дороги.
Белобородов энергично взялся за дело. При штурме укрепления он вновь применил не раз испытанную им тактику. Пугачевцы двинули на город возы с сеном и подожгли их. «Погода, — рассказывает Верхоланцев, — предвещала им счастливый успех. Ветер дул прямо на неприятеля. Завязалась резня страшная. Густой дым пошел прямо на город, и наши сбили с вала сопротивлявшихся». Отряд Белобородова захватил пушки, прорвался за рогатки и зашел в тыл неприятелю. Во время штурма Белобородов впереди отряда поставил своего помощника Минаева, а сам шел в прикрытии, «принуждая свою команду к наибольшему поражению».
Белобородов в необходимых случаях был осторожным и предусмотрительным командиром. Ожидая, например, приближения конницы Михельсона к Казани, он заранее подготовил место сражения, сжег находившиеся на Арском поле кирпичные сараи, которые могли во время битвы помешать пугачевцам.
Под Казанью Пугачев был разбит. Вместе с небольшой группой своих приверженцев он бежал к Кокшайскому перевозу, где переправился через Волгу. Скоро он поднял восстание в Поволжье.
