Еще одним важным мероприятием стало строительство огромной осадной башни под руководством Ивана Выродкова. Ее тайно соорудили за две недели в некотором удалении от города, а затем за одну ночь придвинули к стенам Казани. Эта башня дала возможность вести прицельный огонь по городским улицам, посаду, Белому озеру, куда все население ходило за водой.
На протяжении всего сентября продолжалась упорная борьба. Русские войска вели осадные работы, постепенно придвигаясь к стенам, казанцы регулярно совершали вылазки, стремясь этим работам воспрепятствовать. Те повреждения стен, которые причиняла русская артиллерия, казанцы ремонтировали, слабые участки стены поддерживали дополнительными укреплениями. Все это не могло помешать главному: к концу сентября была готова вторая линия осадных сооружений, проходившая под самой городской стеной. Одновременно с этим велась подземная галерея к Тюменским воротам, взрыв которых должен был послужить сигналом к общему штурму. Этому подкопу придавалось особое значение, поэтому даже когда 30 сентября полк, которым командовали М. И. Воротынский и А. Д. Басманов, захватил часть стены между Царевыми и Арскими воротами города и воеводы попытались развить успех, им приказали остановиться и укрепиться на занятых позициях, создав таким образом третью осадную линию.