А война шла очень тяжёлая. В Казани засели 33 тысячи воинов. Они выбирались из крепости то днём, то ночью, мешали осадным работам. И ещё в лесах укрылся конный корпус князя Епанчи, налетал неожиданно. То на одном, то на другом участке закипали жаркие схватки. Государь приказал избавиться от ударов в спину, зачистить леса. За горой спрятали 30 тысяч конницы и 15 тысяч пехоты. А на поле вывезли телеги с разным добром под охраной маленьких отрядов. Воинство Епанчи клюнуло на приманку. Выкатилось из леса захватывать телеги. Войско из засады обошло неприятелей и отрезало от леса. Их окружили и перебили. После этого царь направил князя Горбатого-Шуйского с конницей вглубь ханства. Воины нашли и захватили базу Епанчи в Арске, прочесали селения. Привезли большие обозы продовольствия, освободили тысячи невольников, которых казанцы держали в своих имениях.
А Казань пробовали взять разными способами. Узнали от пленных, где в городе источники воды. Вырыли туда подкоп. Заложили в него пороха и взорвали источник. Но у казанцев был ещё один. С плохой водой, однако сдаваться они отказались. Тогда русские построили из брёвен высокую передвижную башню. Ночью ее придвинули к стенам. На башне установили 10 больших пушек и 50 маленьких. С высоты простреливали крепость и улицы. Подбили у казанцев все тяжёлые орудия. Нет, и после этого не сдались.
А уже наступила осень. Враги надеялись, что у них получится дотянуть до холодов, до дождей – и царю придётся опять уйти. Но и Иван Васильевич представлял: погода скоро испортится. Все усилия, потери могут оказаться напрасными. Чтобы этого не произошло, оставался только штурм. В трёх местах под стены вырыли подкопы. Забили в них побольше пороха. Одну такую мину взорвали на пробу 30 сентября. Она снесла часть стены.
В город ворвались казаки и стрельцы, заняли Арскую башню. Но армия была ещё не готова к общей атаке. Царь приказал отступить. Казаки из башни уйти отказались. Передали своим: «Здесь будем ждать вас». А Иван Васильевич представлял, сколько людей погибнет при штурме, и своих, и казанцев. Он опять послал предложение сдаться. На тех же самых условиях, какие называл в начале осады. Выдать главных виновников и выполнить прежний мирный договор. Надеялся, что уж сейчас-то казанцы должны понять – их оборона не устоит.
Нет, они снова отказались. Упрямо заделывали проломы в укреплениях. Захваченную башню окружили новой деревянной стеной. 1 октября был великий праздник Покрова Пресвятой Богородицы. Все русские молились, готовились к решающему сражению. Утром 2 октября полки заняли исходные позиции для атаки. Два страшных взрыва подняли тучи дыма, пыли, обломков. Войска бросились вперёд, взобрались на стены, стали растекаться по улицам.
Но Казань была большим и очень богатым городом. У некоторых воинов глаза разгорелись, они кинулись грабить. А бояре специально готовились поживиться. Собрали отряды слуг, чтобы шли за войсками и набрали побольше для хозяев. Однако защитники ещё не были побеждены. Они отступили к центру города. Сорганизовались и сами бросились в атаку. Рубили увлёкшихся охотников за барахлом. Боярские слуги в ужасе побежали. Другие воины тоже заразились паникой. Покатились прочь из города.
Так бы и вышибли из Казани. Но к воротам прискакал царь. Встал возле них сам со знаменем в руках. Видя его, ратники останавливались. Приходили в себя, собирались вокруг государя. К нему подоспела и его личная дружина, 20 тысяч лучших бойцов. Половине из них Иван Васильевич приказал сойти с коней и идти в бой. К ним присоединились те, кто отступили. Атаку казанцев отбросили. Но они дрались до последнего, в плен не сдавались и погибали. Только 5 тысяч вырвались из крепости и ушли в леса.
Иван Васильевич въехал в город на следующий день. Его встретили толпы русских, которые до сих пор находились в неволе, и государь жалел их, приказал отвести в лагерь и кормить со своего стола. Над грудами убитых он плакал. Про русских говорил, что они страдальцы, пали за веру и Россию. Но сожалел и о татарах. Говорил – они хоть и не христиане, но ведь тоже люди. Построив свои полки, царь сказал им, что они достойные потомки богатырей Дмитрия Донского. Все богатства, которые достались русским в Казани, царь отдал воинам. А о себе пояснил, что для него награда – спокойствие и честь России. Иван Васильевич устроил общий пир. Угощал и чествовал всех, от воевод до рядовых ратников, сидел с ними вместе за столами. Казаки ворвались в город первыми, и царь особо наградил их. Объявил, что дарит им в вечное владение Дон и впадающие в него реки.