Поход начался 3 июля 1552 года. На этот раз татары не ограничились укреплением своего главного города. В 15 верстах к северо-востоку от Казани, на Высокой горе в верховьях реки Казанки, был сооружен острог, подступы к которому надежно прикрывали топкие болота и засеки. Острог служил оперативной базой 20-тысячной конной рати царевича Япанчи, Шунак-мурзы и арского (удмуртского) князя Евуша. Это войско готовилось совершать внезапные нападения на тылы и фланги русской армии в случае начала осады Казани. Однако достаточно продуманные меры борьбы с русскими оказались на этот раз малоэффективными, прежде всего из-за неравенства сил. 150-тысячной армии московского царя противостояло 60-тысячное татарское войско, разделенное на два отряда: 20-тысячный отряд Япанчи и 40-тысячный казанский гарнизон, в состав которого вошло не только все мужское население Казани, но и 5 тысяч мобилизованных восточных купцов.
Пётр Шамшин. Вступление Иоанна IV в Казань. 1894
23 августа 1552 года московские войска начали осаду Казани.
Город, находившийся на высоком обрывистом холме у реки Казанки, был защищен крепкими дубовыми стенами и глубоким рвом. Крепость служила резиденцией хана и его знати, но не могла вместить большой гарнизон. В результате к моменту осады Ногайская Орда продолжала кочевать с кибитками и табунами в окрестностях татарской столицы. Передовые отряды русского войска следили за перемещениями Орды и старались предотвратить ее нападение на осадный лагерь.
Умелые действия воеводы Горбатого-Шуйского обеспечили успех осадных работ. Укрепленный лагерь был благополучно построен, но при этом казанцы постоянно производили вылазки. Они дрались отчаянно, однако несли немалые потери. А тем временем наступала осень, и всем хотелось скорее кончить дело.
Начав осаду Казани, русские окружили крепость траншеями, окопами («закопами») и турами, а в некоторых местах и тыном – плетеными щитами высотой 2,7 м.
В конце августа русские подвергли бомбардировке укрепления Казани. Пушки вели по городу убийственный огонь. Минных дел мастера подвели под крепостные стены глубокие подкопы. Руководил подкопными работами находившийся на русской службе «немчин» Розмысел и его русские ученики, обученные «градскому разорению». Именно они начали вести подкопы под крепостные стены для установки пороховых мин. По одной из версий, этим «розмыслом» был английский инженер Бутлер, и за отличную работу царь пожаловал ему имение в сотне километров от Казани, где позднее появилась Бутлеровка – семейное имение выдающегося ученого-химика Александра Михайловича Бутлерова, о котором будет рассказано ниже.
В один из дней взрыв порохового заряда разрушил колодцы, снабжавшие Казань водой.
30 сентября взлетели на воздух стены и укрепления около Арских ворот. После этого русские быстро заняли Арскую башню и подкатили туры (осадные башни) к Аталыковым и Тюменским воротам. Казанцы совершили вылазку и схватились с отрядами, прикрывавшими туры. Иван Грозный подъехал к войскам, воодушевил их, и они отчаянно бросились на татар. Битва закипела во рвах, на мостах, у стен и в воротах. Дым от пушечной стрельбы был такой густой, что ничего не было видно. Русские ворвались в город, и на улицах началась резня. Князь Воротынский требовал от государя подкреплений, резервных полков, но резервы стояли слишком далеко. С другой стороны, и Орда не смогла подкрепить казанцев ударом с тыла.
2 октября последовал общий штурм крепости. Русские войска с криками «С нами Бог!» массой хлынули к городу. В ответ со стен в них летели пули, стрелы и камни. Татары обливали атакующих кипящей смолой. А потом произошла всеобщая свалка – неустрашимая со стороны атакующих и отчаянная со стороны защищавшихся. Основная битва разгорелась на кривых улочках татарской столицы.