Во-первых, оказалось, что вырыть канал и переправить по нему османские суда в Волгу невозможно. Тогда паша приказал делать «волоки и колеса», чтобы перетащить суда «волоком», «и пошли к Волге и шли половину дни и стали волоки и колеса портитись». В измученном бесплодными работами войске начались волнения, турки пришли к паше «с великою бранью»: «И ты то манил, что мочно Дон с Волгою спустити в одно место, и мы нынечя твою ману видели». Хан предложил наместнику вернуться в Азов, и на этом поход бы закончился, но в это время прибыло посольство от астраханских татар: «Каторги (то есть галеры, гребные суда. — Б.Ф.) ваши нам не надобе, мы тебе судов привезем, сколько вам надобе». В итоге Касим-паша принял решение идти с войском под Астрахань, вернув в Азов корабли вместе с находящимися на них пушками.
16 сентября Касим-паша и хан подошли к Астрахани и «астороханские люди и со многими суды к ним приехали». Однако овладеть Астраханью не удалось. В Москве своевременно приняли меры к защите крепости. В начале 1569 года в Астрахань был послан новый воевода окольничий Долмат Федорович Карпов, очевидно, с подкреплениями. Не имея артиллерии, османы не могли штурмовать город, а русские пушки со стен крепости успешно обстреливали вражеский лагерь. По приказу султана Касим-паша начал строить крепость на «старом городище» под Астраханью, чтобы «зимовать» там. Тем временем к Астрахани подошла на судах русская «плавная рать», которую собрали весной 1569 года, во главе с боярином князем Петром Семеновичем Серебряным Оболенским. «Плавная рать» нанесла удар по тем ногайским и астраханским татарам, которые перешли на сторону султана и снабжали продовольствием османское войско. В итоге турки снова «пришли... на пашю с великою бранью», и 26 сентября осада с Астрахани была снята. Как отмечали русские современники событий, Девлет-Гирей, желая убедить правящие круги в Стамбуле в бесполезности подобных походов, нарочно повел османское войско к Азову «по безводным местом», и значительная часть его погибла, так и не дойдя до этого города.
Астраханский поход закончился полной неудачей, но причиной неудачи были ошибочный план действий османов и разногласия между Бахчисараем и Стамбулом. Русское же войско не нанесло противникам решительного поражения, и угроза с юга продолжала сохраняться.
В следующем году планы похода на Астрахань в Стамбуле были оставлены: началась война с Венецией, и войска и флот потребовались на Средиземном море. Благодаря этому, однако, крымский хан мог приступить к осуществлению собственных планов, направленных против Русского государства. Хан не скрывал своих враждебных намерений: раз царь не отдает Казани и Астрахани, писал он Ивану IV, «и меж дву нас миру и дружбе как быть». Весной 1570 года хан послал своего сына Адил-Гирея против царского тестя — кабардинского князя Темрюка. В начавшейся войне Темрюк потерпел поражение, был ранен, а двое его сыновей попали в плен к татарам. Эта неудача серьезно ослабила позиции России на Северном Кавказе. Не могло не беспокоить Москву и то, что неудача астраханского похода не привела к ослаблению связей между Крымом и Ногайской ордой: уже зимой 1569/70 года в Бахчисарае снова появились ногайские послы, которые вели переговоры о браке одного из ханских сыновей с дочерью Тинехмата.
Все это заставляло постоянно держать на южной границе по Оке войска, которые были так нужны на ливонском фронте. Здесь стражу от татар несли во главе русской рати первые лица в государстве: Иван Дмитриевич Бельский, Иван Федорович Мстиславский, Михаил Иванович Воротынский. В 1570 году дело ограничилось нападениями крымских царевичей на каширские, рязанские и новосильские места, а весной следующего, 1571 года в поход выступил хан со всей ордой. Хан рассчитывал на успех, так как захваченные пленные сообщали: «На Москве и во всех городех мор и меженина великая, а рать, де, свою всю... государь послал с королем да с Ываном Петровичем Яковля в Немцы».
Весной 1571 года на Оке, как и раньше, стояли войска во главе с Иваном Дмитриевичем Бельским и Иваном Федоровичем Мстиславским. Их должно было усилить опричное войско, которое во главе с самим царем 16 мая 1571 года выступило из «Слободы на берег».