Иван изначально придерживался той же политики сохранения косвенного контроля над ханством через марионеточных правителей: в 1546 году он посадил на казанский престол хана Шигалея (Шах-Али). Только когда его кандидата свергли уже через месяц, Иван решил перейти к военному решению. Первые две кампании потерпели неудачу, но в 1551 году его положение значительно укрепилось: он не только вновь посадил на престол Шигалея, но и привлек на свою сторону кочевые и полукочевые ногайские племена из Ногайской Орды и значительную часть неисламской элиты с западного берега Волги, пообещав подтвердить их привилегии. Чтобы взять Казань, Ивану, однако, требовалось установить контроль над рекой с севера и с запада, чтобы не допустить прибытия подкреплений. Царь основал крепость Свияжск на мысу при впадении в Волгу реки Свияги к западу от Казани – «на плечах Казани», как говорится в одной русской летописи[152]
. Это дало Ивану IV контроль над западным берегом Волги и по сути помогло разделить территорию ханства надвое, отделив запад от востока.Крепость Свияжск позволила русским войскам заполучить военную базу на Волге, с которой можно было снабжать войска, осаждающие Казань с севера. Сначала Иван пытался потребовать от Казани полной зависимости от Москвы, включая вход в саму Казань постоянного русского гарнизона. Когда это предложение было отвергнуто традиционным образом (хана свергли, а русский гарнизон перебили), Иван собрал новую огромную армию из 150 тысяч человек и осадил город, отрезав его не только от Волги, но и от рек к северу и югу от Казани. У русских были обученные саперы и лучшая артиллерия, а также 12-метровая осадная башня, на которой можно было укрепить пушку и обстреливать из нее стены и валы цитадели.
Полностью отрезанные татарские силы в цитадели, значительно уступавшие в количестве, смогли оказать жесточайшее сопротивление, но все же не смогли ничего противопоставить русским и их осадной тактике. 2 октября 1552 года русские и их союзники штурмом взяли цитадель Казани. Всех выживших защитников, за исключением хана, истребили, а здания в цитадели разрушили.
Контроль над западным берегом Волги стал ключевым фактором успеха кампании Ивана IV. В народных песнях описывается «укрощение» реки по воле царя, которое и помогло добиться победы. Среди песен, собранных Николаем Аристовым в конце XIX века, был рассказ о том, как Иван IV заставил бурную реку смириться перед его волей, чтобы его войска смогли успешно пересечь Волгу и подойти к Казани:
Более чем в тысяче километров к югу от Казанского ханства лежало ханство Астраханское, находившееся в Нижнем Поволжье и в дельте Волги. В 1554 году Иван IV посадил на ханский трон марионеточного правителя, но, когда тот оказался недостаточно лояльным, по Волге спустилось войско из 30 тысяч человек и вместе с ногайцами осадило Астрахань. В 1556 году город пал, почти не оказав сопротивления.