Осада началась по всем правилам русского осадного искусства того времени. Главным правилом этого искусства было тесное обложение города, так чтобы никто не мог ни войти, ни выйти из него. Для сего осаждающие копали кругом ров и вал; на удобных возвышенных пунктах, особенно против городских ворот, ставили пушки, закрытые турами, т. е. большими плетенками из хвороста, наполненными землею, а места низменные забирали тыном, или частоколом. Поэтому царь заранее распорядился, чтобы всякий человек в его войсках приготовил по бревну для тына, а всякий десяток сделал по одному туру. Артиллерия наша, или
За первою помянутою вылазкой казанцев последовал целый ряд других, так что устройство туров вокруг города и вооружение их пушками сопровождалось частыми битвами; обыкновенно пока одна часть рати трудилась над этим делом, другая часть в то время отбивала нападение татар, старавшихся мешать осадным работам. Но мало-помалу работы были окончены; почти против каждых городских ворот со стороны осаждавших воздвигнуты были орудия, закрытые турами и защищенные стрельцами и казаками, которые впереди их вырыли для себя ровики, или шанцы. Около городских стен на устье Булака стояла каменная баня, называвшаяся Даирова; ее захватили русские казаки и сделали из нее род форта для действия против осажденных. Когда осадные работы были окончены, русские орудий начали усердно обстреливать город, и хотя по своему тогдашнему несовершенству сравнительно мало причиняли вреда неприятелю, однако держали его в страхе и производили пожары. Осажденные отвечали из своих пушек и пищалей, а также из луков, но еще с меньшим успехом. Зато в это время обнаружилась для них вся польза от войска, оставленного вне города и расположенного в лесных засеках. Русские полки, оградив себя турами, частоколами и рвами со стороны крепости, имели открытый тыл, и вот начались частые нападения на них с тыла из соседних лесов: из Арского леса нападала конница Япанчи, а из лесов на правой стороне реки Казанки приходила Луговая черемиса. Эти нападения извне обыкновенно сопровождались вылазками изнутри города. Для сего, по свидетельству современника (князя Курбского), между внутренними и внешними защитниками был условлен известный знак. А именно: осажденные выносили большое мусульманское знамя на башню или на какой-нибудь другой возвышенный пункт и начинали им махать; тогда скрытые в лесах татары устремлялись на русские осадные линии извне, и в то же время из городских ворот производилась вылазка осажденных. Однажды во время подобного нападения Япанчи казанцы сделали из города такую дружную и внезапную вылазку, что едва не завладели большим русским нарядом, и только после кровопролитной сечи были отбиты. Около трех недель продолжались эти внешние нападения, которые держали русские войска в постоянной тревоге и тем до крайности их утомляли; конники наши не смели отдаляться далеко от лагерей, а потому не могли добывать достаточно травы для корма коней. Наконец, Иоанн созвал воевод на совет, что предпринять. На этом совете придумали следующую умную меру: русское войско также разделить на две части; одну часть, большую, оставить для продолжения осады, а другую, меньшую, выставить против Япанчи. Вторую часть составили из 30 тысяч конницы и 15 тысяч пеших стрельцов и казаков. Общее начальство над нею царь вверил доблестному князю Александру Горбатому-Шуйскому, и он не замедлил оправдать это назначение полным успехом.