Осаждавшие все ближе и ближе подвигали свои туры, а вместе с ними пушки, и беспрестанно били ядрами по городу; некоторые ворота были уже сбиты; но осажденные возводили за ними новые бревенчатые и дощатые укрепления, засыпанные землею, или так называемые тарасы. Не ограничиваясь устройством туров, государь велел своему дьяку Ивану Выродкову, по-видимому сведущему в строительном деле, приготовить на Арском поле подвижную башню в шесть сажен вышины. Эту башню придвинули к Царевым воротам; на ней поставили 10 больших полуторасаженных и 50 затинных пищалей. Так как она была выше городских стен, то стрельцы открыли с нее жестокий огонь вдоль улиц и стен, убивая много народу. Осажденные копали себе под воротами и под стенами земляные норы, куда и укрывались от выстрелов, а потом выползали, как змеи, делали вылазки и резались с ожесточением. Осаждавшие, наконец, уже так близко придвинули свои туры, что только один городской ров отделял их от стен; борьба принимала все более кровопролитный и упорный характер. Иоанн время от времени объезжал полки, осматривал туры, навещал и жаловал раненых воевод и благочестивыми словами поддерживал мужество воинов, бившихся против врагов православной веры. Однажды русские подкопами взорвали тарасы, поставленные за Царевыми воротами, причем бревнами побили много народу, и ужас распространился в городе. Пользуясь этим моментом, в некоторых местах русское войско устремилось вперед и заняло разные башни, мосты и ворота. Некоторые воеводы уже просили царя о повелении сделать общий приступ, но Иоанн думал, что время решительного удара еще не приспело, и велел отступить. Впрочем, часть башен и ворот осталась в руках русских; татары не медля воздвигли против них срубы, засыпанные землею.
Иоанн ждал главного подкопа. Когда тот был почти окончен и в него вкачено 48 бочек пороху, царь велел готовиться к общему приступу и сделал все важные распоряжения. 30 сентября (1553 года) он приказал наполнять городские рвы лесом и землею и устраивать многие мосты, а в стены усиленно бить из больших пушек, так что в разных местах стены были сбиты почти до основания. Собственно, для приступа Иоанн отобрал часть войска из простых ратных людей, из боярских детей, казаков и стрельцов. Казаками начальствовали их атаманы, стрельцами — их головы, а ратным людям каждой сотне был назначен голова из опытных боярских детей. Этим передовым отрядам воеводы должны были помогать людьми из своих полков, причем каждому воеводе назначено занять свое место против определенных заранее ворот и проломов. А чтобы во время приступа не подошла осажденным помощь извне, из соседних лесов, а также чтобы отрезать бегство из города, поставлена везде крепкая стража: на Арском поле, на дорогах Арской и Чувашской поставлены Шиг-Гирей с касимовскими князьями и мурзами, князь Федор Мстиславский с своим полком и Горная черемиса; на дороге Ногайской поставлены князья Оболенский и Мещерский с своими отрядами, на Галицкой, за рекой Казанкой, князья Ромодановский и Зоболоцкий; там же за Казанкой от Луговой черемисы оберегали с царскими дворянами головы Воротынский и Головин. Часть войска, кроме того, оставлена была при государе, как его охрана и как главный запас (резерв). Взрыв большого подкопа должен был послужить сигналом для начала приступа. Готовясь к решительному делу, Иоанн еще раз пытается склонить казанцев к добровольной сдаче с обещанием помилования, если выдадут главных изменников; для этих переговоров он выбрал мурзу Камая. Но казанцы дали единодушный ответ: «Не бьем челом; Русь уже на стене и в башнях; но мы поставим другую стену. Или все помрем, или отсидимся».