В январе 1563 года войско московского государя прибыло к Полоцку и взяло его в тесную осаду.
Царь исполнился энтузиазма. Перед ним стояла крупная военно-политическая проблема. Решить ее — вот дело чести для великого правителя!
Ради этого Иван Васильевич был готов проявлять мужество и даже рисковать жизнью. Так, в день, когда русская армия подошла к Полоцку и начала устраиваться на позициях, именно государев полк прикрывал развертывание прочих войск. За два часа до наступления темноты царь посетил Борисоглебский монастырь, почти полностью сожженный осажденными — видимо, те спалили иноческие кельи, не желая давать русскому воинству удобную позицию близ стен города. Из деревянных строений осталась лишь «братская пекольня». Иван IV, изъявляя почтение к местной святыне, помолился в соборной Борисоглебской церкви, а затем поел в «пекольне». Гарнизон, видя скопление осаждающих, принялся обстреливать обитель из пушек. На переправе через Двину погиб русский дворянин, пораженный вражеским ядром. Летопись повествует: «Многие… пушечные ядра летаху на монастырь. И в сени перед пекольней, меж дворян государьских, паде ядро. И через царев… полк многие ядра падоша, яко дождь». Но Иван Васильевич не уходил сам и не сдвигал своего полка. Он стремился показать ратникам с воеводами и храбрость свою, и уверенность в конечном успехе дела, сколь бы трудным ни казалось оно вначале.
В Полоцке скопилась громадная масса людей разного звания и достатка. И государь делает неожиданный ход: он отправляет к командиру польско-литовского гарнизона Довойне посланца с грамотами, в которых обращается с предложением сдаться не к одному только воеводе, который, собственно, лишь и мог это сделать, а еще и к православному епископу Арсению Шишке, и к местной шляхте, и к полякам, обещая их «пожаловать на всей воле их, какова жалованья похотят». По всей видимости, царь рассчитывал посеять сомнения среди защитников города. Предполагалось, что в городе имеются его доброжелатели. Довойна показал твердость и свирепый нрав, казнив царского посланца.
Армия Ивана Грозного строила осадные башни из дерева и мешков с землей, устанавливала орудия, выдвигала стрелецкие дозоры на передний край. Государь не торопился: он располагал подавляющим преимуществом в силах и не желал срыва из-за какой-нибудь мелкой досадной промашки.
Первое серьезное столкновение произошло лишь 5 февраля. Не были поставлены еще все укрепления, но стрельцы под командой головы Ивана Голохвастова подожгли «башню над Двиною» и кинулись на приступ. Им удалось занять башню и войти «в острог», то есть внутрь городских укреплений. Однако недолго они там пробыли: то ли командование отозвало их, считая, что не всё готово для решающего штурма, то ли гарнизон нажал изо всех сил и вытеснил их за пределы городских стен.
Наконец заговорила русская артиллерия. Это еще не были самые мощные пушки, они задержались на пути к городу. Но даже огонь «середних» и «легких» орудий вызвал
Пока между переговорщиками велись споры, московское командование подвело осадные башни и часть пушек под самые стены Полоцка. К тому времени, когда переговоры сорвались, осаждающие достигли позиционного преимущества.
Наконец под городом заговорили тяжелые осадные пушки, доставленные из Москвы 7 февраля. Они быстро сокрушили стены крепости. Их страшные удары наполняли осажденных отчаянием и лишали решимости драться. Даже в русском лагере действие собственных орудий вызывало опасливое изумление. Залпы осадных пушек заставляли дрожать землю… Один немец из Полоцка, очевидец осады, через 12 лет рассказывал императорскому послу в Москве X. Кобенцелю, что город был взят в три дня «при таком пушечном громе, что, казалось, небо и вся земля обрушились на него».
Русские стрельцы ворвались в полоцкий посад. Здесь произошел короткий, но жестокий бой. Бойцы Довойны запалили огромный полоцкий посад и попытались загнать всех горожан в цитадель, однако те, кажется, вовсе туда не стремились. Ведь цитадель города — замок на высоком холме над реками Полота и Западная Двина — больше не выглядела надежной защитой. Под напором царских воинов ратники осажденных отступили, не выполнив своей задачи.
Из пылающего Полоцка вышло множество горожан и крестьян, которые прежде искали спасения в стенах города. В один только царский полк вышло 11 тысяч 160 мужчин и женщин. Среди них оказалось немало врагов литовской власти. Выйдя из города, они показали русскому командованию большие запасы продовольствия, спрятанные в «лесных ямах».