Ревизия Полоцкого замка 1552 г. интересна тем, что содержит подробный перечень огнестрельного оружия, пороха, ядер, разной амуниции, которая хранилась в особом помещении — «королевской клети». Документ называет 10 бронзовых пушек «не вельми великих… на колах добрых окованных», «дело спижаное великое», два «дела спижаных» длиной две с половиной пяди и две пяди, «к дереву прикованное»; две железные пушки такого же калибра и устройства. Упоминаются пушка бронзовая «немалая», «мордеры спижаные Витолтовы тры, а один мордер четвертый железный, с которого можно стреляти». Имелось 5 «сарпан-тынов», 27 гаковниц старых, 50 новоприсланных от короля и две, полученных «от пушкара замкового з службы его пушкарское на замок даных». В цейхгаузе все еще хранилось 11 «киев старосвецких железных добрых» — ручного огнестрельного оружия XV в., железные, медные и каменные «хормы» для отливки ядер и пуль, запас пороху, серы, селитры, ядер и пуль каменных и оловянных, «шрот» и многое другое.
Среди восьми перечисленных полоцких замковых пушкарей только один был иностранцем. Старшим пушкарем был В. Миклашевич, получавший 10 коп грошей, 2 сукна — люнское и полтрышовое, державший за городом две «вольные корчмы — пивную и медовую», а под Великими Луками имел имение. За это В. Миклашевич ежегодно поставлял на замок Полоцкий «сто куль каменных».
Пушкарь Яков Занкович имел в городе дом, получал 12 коп грошей, 2 сукна, а за это ежегодно обязан был «на замок давати две гаковницы». Остальные пушкари — Антип Кондратович, Войтех Сулоцкий, Матвей Волк, Шимон Янович, Ян Смолыст получали от 6 до 10 коп грошей, обязательные два сукна и должны были «робить порох».
Суровые испытания выпали на долю Полоцка в годы Ливонской войны. В конце января 1563 г. громадное войско, ведомое самим Иваном Грозным, со 150–200 пушками осадило город. Спасаясь от войны, под защиту его стен сошлась вся Полоцкая земля — крестьяне, шляхта, мещане. Осада с беспрестанным артиллерийским обстрелом, штурмами и пожарами, от которых только в Нижнем замке сгорело 3 тыс. дворов, создали в стане осажденных сложную обстановку. Ситуация усугублялась скоплением громадного количества гражданского населения. Разразившийся голод заставил крестьян Полоцкого повета, которые вместе с семьями и скарбом «сидели в остроге», сгоревшем дочиста, выйти и сдаться. Только в царский полк вышло более 11 тыс. человек. В другие воеводские полки и в татарские станы «вышло так много людей, что тем же не бе числа» — сообщает летопись. Защитники Верхнего замка и Заполотского посада предложение о сдаче отклонили.
Постоянные артиллерийские обстрелы превратились с 9 по 14 февраля в круглосуточные. От канонады земля дрожала даже в царской ставке, потому что ядра в стенобитных пушках весили по 20 и более пудов. Осажденные, у которых имелось 38 пушек, 300 тяжелых гаковниц и 600 долгих навальных рушниц, вели интенсивный огонь, сосредоточив его по царской ставке. По сообщению летописи, ядра защитников «падоша, яко дождь», что в конце концов заставило царя оставить «братскую пеколну» Борисоглебского монастыря в Бельчицах и перебраться в отдаленную церковь Георгия Великого.
В ночь на 15 февраля царь приказал подобраться к замковым стенам и зажечь их во многих местах. В результате этих действий выгорело 40 звеньев замковой стены, длиной в 300 саженей. Однако в бреши засело местное и польское ^рыцарство, храбро защищавшееся» — сообщает русская летопись. Их склонили к сдаче только после упорного боя, обещая жизнь, свободу и сохранение имущества.
После взятия Полоцка царскими войсками его укрепления привели в исправное состояние, и город снова стал играть роль крупнейшего замка на Западной Двине и торгового центра, соперничавшего в своей экономической мощи с самой столицей Вильно.
В августе 1579 г. войскам короля Стефана Батория удалось путем различных приемов осады — прямых штурмов, обстрелов раскаленными ядрами, попыток напрямую поджечь стены — через 18 дней завладеть Полоцком. В это время здесь было три замка — Высокий, Средний и Стрелецкий, а также укрепленный За-полотский посад, где после 1563 г. сконцентрировалась экономическая жизнь города. Известны две гравюры Полоцка 1579 г. — оригинальный рисунок королевского секретаря Ст. Пахоловицкого, изображающего войска Стефана Батория при осаде Полоцка, и копия работы римского гравера Яна Баптисты.
Рисунок с документальной точностью показывает только Верхний замок со всеми укреплениями, где в то время было практически 2 замка, разгороженных стеной. Один из них, видимо, и есть тот самый Средний замок, о котором говорят документы XVI в. и современники и который располагался между Стрелецким и Верхним замками. На рисунке изображена Полоцкая София со всеми деталями ее боевых башен, а также показаны две высокие башни, стоявшие отдельно в центре замка и позволявшие вести круговой обстрел.