В прошлое уходили доспехи (бесполезные перед пулей), тяжелое рыцарское вооружение (избыточное там, где все могли решить шпаги, рапиры и пики), луки и арбалеты (уступавшие аркебузам и мушкетам), феодальное ополчение и княжеские военные дворы. На войне нужны хорошо подготовленные профессионалы. На смену принципу ополчения как способу комплектования армии пришел принцип военного найма.
Дети боярские и стрельцы Ивана Грозного успешно воевали с дворянским ополчением Великого княжества Литовского, несколько хуже — с польским рыцарством и жолнерами, а вот немецкие и венгерские наемники, закаленные в европейских войнах ХVI века, оказались для них слишком трудным противником.
Армия Батория выглядела красочно. Согласно письму участника похода итальянца Мартинелли, в некоторых отрядах на шеях коней были повязаны куски ткани, напоминающие бороды, другие лошади были покрыты шкурами волков и тигров, а упряжь украшена золотыми камнями, золотом и шелками. Гусары имели за спиной орлиные крылья, во время скачки пугающие русских лошадей.
Баторий прошел к Полоцку маршрутом, которым войска не ходили с 1563 года, — старым Виленским трактом. Дорога настолько заросла, что армия буквально прорубалась через заросли, но зато подошла к Полоцку за три дня, что оказалось полной неожиданностью для русского командования. Оно знало, что Баторий готовится выступить, но не угадало направление главного удара. В итоге перегруппироваться русские не успели, подмоги Полоцк не получил, а наличных сил гарнизона оказалось недостаточно.
Баториевцы первым делом перерезали коммуникации. Для этого надо было взять полоцкие пригороды. 28 июля пал Казьян, 31 июля — Красный, 4 августа — Ситна. Баторий выпустил прокламацию, адресованную населению Московии. Основной ее смысл — король воюет с тираном и кровопийцей Иваном Грозным, а не с его подданными — дворянами и стрельцами, чтобы освободить оккупированные «Московитом» земли и вернуть русским свободу, отнятые у них права и вольности. Без поддержки россиян это трудно сделать, поэтому Баторий призывал встречать освободительные польские войска, открывать им ворота крепостей, не подчиняться воеводам и сотрудничать с панами. Всем, кто так поступит, король обещал льготы и награды. Кто не покорится — пусть спасается бегством. Кто будет сопротивляться — погибнет. Воззвание Батория осталось без ответа, никакой массовой сдачи и перехода на польскую сторону не было.
Полоцк к 1579 году имел три линии обороны: Верхний замок (восстановленная после 1563 года литовская крепость), Нижний замок (построенная стрельцами Ивана Грозного крепость рядом с Верхним замком) и укрепленный посад Заполотья. Бывший Великий посад Полоцка был заброшен, разрушен и даже порос лесом.
Город обороняло примерно 6000 человек при 38 орудиях, 300 гаковницах и 600 «долгих» пищалях-ручницах. Данные о войске Речи Посполитой разнятся — от 30 до 40 тысяч, но не все из них были под стенами Полоцка — кто-то брал Сушу, кто-то стоял под Соколом и т. д. У Батория было всего 33 полевых орудия, поэтому разрушать стены, как это делали русские в 1563 году, он не мог. Замок пытались поджечь калеными ядрами. Они разогревались на огне, обертывались во влажную траву, чтобы не воспламенить порох в пушке раньше времени, и затем выстреливались по деревянному городу. При попадании ядра разбивались, и раскаленные осколки могли поджечь деревянные постройки.
11 августа началась планомерная осада, 12 августа калеными ядрами подожгли дома в Заполотье. Гарнизон оставил его и целиком ушел в Верхний и Нижний замки. У них были толстые дубовые стены, и их не удавалось поджечь. Защитникам Полоцка помогала дождливая погода. Современник событий Рейнгольд Гейденштейн писал: «Вследствие весьма сильных и непрерывных дождей дороги так испортились, что вьючные лошади, не имея возможности выкарабкаться из грязи, по большой части умирали от истощения, и все дороги устланы были конскими трупами. Дожди до такой степени увлажили почву, и без того жирную и влажную саму по себе, и все напоили водою, что даже под кожами в самых палатках магнатов не оставалось места, где можно было бы лежать. Следствием всего этого было то, что… съестные припасы и в особенности сено до крайней степени возросли в цене; чего раньше и не слыхивали, особенно в Польше, — каждая мера овса покупалась за 10 талеров, так что им, конечно, кормили только более благородных коней; с другой стороны, в числе поляков и венгерцев находились такие люди, которые не задумывались есть мясо падших лошадей; и не столько казалось удивительным это само по себе новое и непривычное кушанье, сколько то, что питавшиеся им не замечали, чтобы от этого им приключилась какая-нибудь болезнь. При затруднительном положении всех, всего более страдали немцы… потому, что привыкли вести войну в странах, населенных частыми городами».