Решающее наступление на Казанское ханство произошло годом позже. В 1551 г. на правом крутом берегу Волги менее чем за месяц была возведена Свияжская крепость. «Плавная» или «судовая» рать по полой воде была направлена в Свияжск с продуктами, боеприпасами и частью артиллерии. Параллельно шло формирование основной армии и вспомогательных отрядов, взявших под контроль бассейн Камы. В июне большая часть сил главной армии во главе с царем выдвигается в крепости по Оке. Несмотря на несомненное неравенство сил, сопротивление Казанского ханства было длительным, ожесточенным и поначалу успешным. Пришлось сначала разбить татарские отряды в тылу русских войск, затем организовать осаду самой крепости, при постоянном артиллерийском обстреле Казани. Даже подрыв подземного хода к источнику воды не поколебал решимости осажденных. В конце сентября была взорвана часть крепостных стен. 2 октября после многочасового штурма и рукопашных боев на улицах ожесточенное сопротивление осажденных было подавлено. Город пал. Казанское ханство прекратило существование.
Взятие Казани стало вехой в развитии России, в укреплении ее международных позиций. В 1554–1556 гг. было завоевано Астраханское ханство, со второй половины 50-х годов Ногайская орда перешла на статус вассальной зависимости от России, тогда же под власть Москвы добровольно перешли на правах полной автономии башкирские земли. Еще в 1555 г. сибирский хан просился через своих послов «под защиту» царя, обещая дань соболями. Под контролем Москвы оказалась вся Волга, от истоков до устья.
Завоевание Казани было принципиально важным в оформлении государственно-политической идеологии России как православного христианского царства. Победа над конфессиональным и традиционным противником не могла не рассматриваться в верхах общества как знак богоизбранности православного царя и его народа. Присоединение исламского ханства в эпоху максимального могущества Османской империи расценивалось по особому счету и в России, и в Европе. Иван IV теперь имел дополнительные основания на царский титул — ныне «под ним» были два царства. Титул государя сразу же был расширен, а сам аргумент пущен в ход в дипломатических спорах.