Крепость была лишена водоснабжения. Казанцы упорно сопротивлялись, из крепости производили вылазки, согласуя их с нападением извне конницы хана Епанчи. После сильного нападении со стороны последнего, было решено покончить с угрозой с тыла, и против Епанчи был выслан сильный отряд под начальством Шуйского; отряд этот двинулся в лес и подошел к Арскому укреплению, устроенному в лесной чаще, среди болот. Крепость была атакована с двух сторон, после упорного боя укрепленный пункт был взят, татары разогнаны, и окрестности. Казани были очищены от конницы татар.
К сентябрю начались подрывные работы для взрыва крепостных стен. Готовились три подкопа. Свозилась земля для завалки крепостного рва. 2 октября татарам предложено было капитулировать, они отказались. Был произведен первый взрыв у Арских ворот, на фронте большого полка. Стрельцы и казаки забросали ров хворостом и землей и пошли на штурм. «И тако, — пишет летописец, — скоро взыдоша на стену великою силою, и поставиша ту щиты и бишася на стене день и нощь до взятии града». Главный штурм был назначен на восточном и юго-восточном секторе. Войска Западного сектора должны были сдерживать на своих участках противника. Штурмующие полки развертывались в три линии. В первой линии шли казаки и части боярских детей и дворян, разделенные на сотни. Во второй — главные силы, и в третьей — поддержки. Сигналом начала штурма должны были быть взрывы крепостных стен. На восходе солнца был произведен первый, а потом второй взрывы. Войска бросились на штурм и ворвались в город. Но часть войск бросилась грабить, татары оправились, перешли в наступление и стали теснить ворвавшиеся войска. Требовалась помощь; царь двинул половину своего резерва. Татары снова были смяты и оттеснены к ханскому дворцу, составлявшему центральный укрепленный пункт, где оказывалось сопротивление. Сопротивление было окончательно сломлено, и защитники в составе 6 000 бросились вниз, переплыли Казанку, и сделали прорыв частей кн. Курбского. Но кн. Курбский с конницей окружил отступающих. Татары, видя безвыходное положение, предложили кн. Курбскому дать им развернуться для боя и решить участь в открытом бою. Условие было принято, произошел бой, татары потерпели поражение и все были уничтожены. Казань была взята, хан Едигей был взят в плен. В Казани был оставлен гарнизон стрелецких войск, боярских детей и казаков. Наместником был назначен князь Горбатый-Шуйский с несколькими боярами. 11 октября царь с войсками двинулся в обратный путь. Дойдя до Нижнего Новгорода, даточные и поместные войска были распущены по домам. Стрельцы, казаки и народ возвратились в Москву.
