Большой полк находился в «гуляй-городе», поставленном на холме, окруженным вырытыми рвами. У подножья холма за рекой Рожай стояли три тысячи стрельцов с пищалями. Остальные войска прикрывали фланги и тыл. Пойдя на штурм, несколько десятков тысяч татар вырубили стрельцов, но не смогли захватить «гуляй-город», понесли большие потери и были отбиты. 31 июля все войско Девлет Гирея пошло на штурм «гуляй-города». Ожесточенный штурм продолжался целый день, при штурме погиб предводитель ногайцев Теребердей-мурза. В битве участвовали все русские войска, кроме полка левой руки, особо охранявшего «гуляй-город». «Ив тот день немалу сражения бышу, ото обои подоша мнози, и вода кровию смесися. И к вечеру разыдошася полки во обоз, а татаровя в станы свои».
1 августа на штурм повел татар сам Девей-мурза – «яз обоз руской возьму: и как ужаснутца и здрогнут, и мы их побием». Проведя несколько неудачных приступов и тщетно пытаясь ворваться в «гуляй-город» – «прилазил на обоз многажды, чтоб как разорвать», Дивей-мурза с небольшой свитой поехал на рекогносцировку, чтобы выявить наиболее слабые места русской передвижной крепости. Русские сделали вылазку, под Дивеем, начавшим уходить, споткнулся конь и упал и второй человек после хана в татарском войске был взят в плен суздальцем Темиром-Иваном Шибаевым, сыном Алалыкиным – «аргамак под ним споткнулся, и он не усидел. И тут ево взяли ис аргамаков нарядна в доспехе. Татарский напуск стал слабее прежнего, а русские люди поохрабрилися и, вылазя, билися и на том бою татар многих побили». Штурм прекратился.
В этот день русские войска захватили много пленных. Среди них оказался татарский царевич Ширинбак. На вопрос о дальнейших планах крымского хана он ответил: «Я де хотя царевич, а думы царевы не ведаю; дума де царева ныне вся у вас: взяли вы Дивея-мурзу, тот был всему промышленник». Дивей, сказавшийся простым воином, был опознан. Генрих Штаден позднее писал: «Мы захватили в плен главного военачальника крымского царя Дивей-мурзу и Хаз-булата. Но никто не знал их языка. Мы думали, что это был какой-нибудь мел кий мурза. На другой день в плен был взят татарин, бывший слуга Дивей-мурзы. Его спросили – как долго простоит крымский царь? Татарин отвечал: „Что же вы спрашиваете об этом меня! Спросите моего господина Дивей-мурзу, которого в вчера захватили“. Тогда было приказано всем привести своих полоняников. Татарин указал на Дивея-мурзу и сказал: „Вот он – Дивей-мурза!“ Когда спросили Дивей-мурзу: „Ты ли Дивей-мурза?“, тот отвечал: „Нет, я мурза невеликий!“ И вскоре Дивей-мурза дерзко и нахально сказал князю Михаилу Воротынскому и всем воеводам: „Эх, вы, мужичье! Как вы, жалкие, осмелились тягаться с вашим господином, с крымским царем!“ Они отвечали: „Ты сам в плену, а еще грозишься“. На это Дивей-мурза возразил: „Если бы крымский царь был взят в полон вместо меня, я освободил бы его, а вас, мужиков, всех согнал бы полонянниками в Крым!“ Воеводы спросили: „Как бы ты это сделал?“ Дивей-мурза отвечал: „Я выморил бы вас голодом в вашем гуляй-городе в 5-6 дней“. Ибо он хорошо знал, что русские били и ели своих лошадей, на которых они должны выезжать против врага». Действительно, защитники «гуляй-города» все это время почти не имели ни воды ни провианта.