Между тем Смоленск продолжал удерживать под своими стенами основные силы королевской армии, несмотря на то что Сигизмунд «разрешил» его жителям присягать не ему, а Владиславу. А успехи ополченцев под Москвой сделали боярских послов еще более несговорчивыми. Поляки серьезно полагали, что князь Василий Голицын подбивает смоленцев к дальнейшему сопротивлению. «Посылает он в Смоленск, – жаловался один королевский придворный, – когда хочет и с чем ему заблагорассудится. Принимают его письма и его гонцов, а он нисколько этого не отрицает, только утверждает, что все это делается для блага его величества короля». Незадолго перед Пасхой Голицына, Филарета и других послов заманили в королевский лагерь и арестовали. К пасхальному столу король прислал им кусок говядины, старого жесткого барана, двух ягнят, козу, четырех зайцев, тетерева, четырех молочных поросят, четырех гусей и семь кур, извинившись, что не может лучше угостить их, поскольку Русская земля не слишком-то гостеприимна. Затем послов увезли в Варшаву и заточили в тюрьму.
Это грубое насилие не прибавило королю сторонников ни в Москве, ни в Смоленске. Всю весну и начало лета смоленцы отбивали непрерывные штурмы. Однако силы их слабели от болезней, главным образом от цинги, страшно опустошавшей ряды защитников города. Наконец в июле полякам удалось внезапным приступом овладеть участком стены. Они заминировали ее, взорвали, и королевское войско через пролом безудержным потоком хлынуло в город. Множество народу укрылось в соборной церкви. Когда поляки ворвались туда, они увидели архиепископа Сергия, в архиерейском облачении, молившегося перед распростертым у его ног народом. Поляки остановились, пораженные священным ужасом: молодой архиепископ, с ниспадающими на плечи белокурыми локонами, показался им самим Христом. Они пощадили собор, но в городе уже возник пожар, от которого взлетел на воздух городской арсенал. Взрыв был страшный, польский участник штурма вспоминал: «Ужасно было слышать и смотреть: не то землетрясение, не то молнии и громы, не то все это вместе». От взрыва соборная церковь рухнула и погребла под собой множество находившихся там людей.
В течение четырех часов Смоленск превратился в груду дымящихся развалин. Шеин с женой, сыном и несколькими десятками стрельцов заперся в одной из башен и яростно защищался. Вероятно, он искал смерти, но семья уговорила его сдаться. Попали в плен также архиепископ Сергий и другой воевода, Петр Горчаков. Поляки, потерявшие всего 30 человек убитыми, захватили в городе запасы продовольствия, которых, по словам польского участника штурма, было так много, «что скорее бы они заморили нас голодом, чем мы их».
Удовлетворенный Сигизмунд оставил в Смоленске гарнизон, распустил остальное войско и уехал в Вильно справлять триумф. Навстречу ему выехали все знатные паны, возле воздвигнутой в его честь триумфальной арки стояли иезуиты и виленские академики. Под звуки музыки и сверкание фейерверков король проследовал в Виленский замок, где ученики иезуитской коллегии разыграли перед ним нечто вроде драмы, представляющей взятие Смоленска.
В Варшаве Сигизмунд устроил себе торжественный «въезд» в стиле римских цезарей. Короля везла колесница, запряженная шестеркой лошадей. За ним в открытой, богато убранной коляске ехал Жолкевский, окруженный блестящей свитой; за гетманом в королевской карете везли Шуйского и его братьев. На бывшем царе был белый с золотом кафтан, а на голове высокая шапка из черно-бурой лисицы. Шуйский мрачно обводил красноватыми близорукими глазками ликующую толпу. За царем везли пленного Шеина со смолянами, князя Голицына и Филарета.