Казань была сильною крепостью. Она была обнесена деревянною стеною с 15 башнями и рвом в 6 с пол. метров ширины и 15 – глубины. Внутри крепости был особо укрепленный центр, или Кремль, с высокой дубовой стеной, засыпанной землей и башнями. Казань оборонялась гарнизоном в 30 000 человек. Но к востоку от Казани был густой лес, и среди этого леса в 15 километрах казанцами была построена крепость, служившая базой для 20–30-тысячного конного корпуса под начальством татарского князя Епанчи, задачей которого было действие на тылы осажденных московских войск. Как все древние крепости, кроме искусственных сооружений, они усиливались характером местности. По северной окраине Казани протекала с востока на запад река Казанка. Перпендикулярно к ней, пересекая Казань, протекала небольшая с болотистыми берегами речка Булак.

При осадных средствах первой половины XVI столетия речка, протекавшая вдоль укрепления, служила значительным препятствием, и болотистые берега Булака делили фронт осаждавших на отдельные участки, затрудняя между ними сообщение. Крепость была расположена на значительной возвышенности. Казань была со всех сторон обложена московскими войсками. Западная часть между Казанкой и Булаком была занята сторожевым полком и полком левой руки. Северо-восточная часть между Булаком и Казанкой была занята регулярным полком, стрельцами и частью казаков. Северную сторону, вдоль реки Казанки заняли полк правой руки и 6000 казаков под начальством князя Андрея Курбского. Наличие донских казаков в рядах московских войск под Казанью подтверждается официальными московскими актами и сведениями из записок самого активного участника осады Казани князя Курбского и указывает на то, что зарождение казаков необходимо искать не в акте Иоанна Грозного, относящегося к 1570 году, а в других актах, относящихся к более раннему времени. Крепость была обеспечена как средствами защиты, так и средствами питания. Водой она тоже была обеспечена. Московские войска, обложившие крепость, должны были строить успех на осаде и штурмах, а в то же время принимать меры отражения нападений с тылов конницы Едигея. Московские войска приступили к осадным действиям. Перед крепостными стенами стали устанавливаться туры из хвороста, наполненные землею. Под прикрытием туров казаки и стрельцы стали приближаться к стенам крепости и под огнем держали крепостные стены. Вдоль крепости было установлено 150 пушек, которыми начали обстреливаться крепостные стены. Чтобы лишить крепость снабжения водой, русло реки Казанки было отведено от стен крепости. Чтобы противодействовать осадным работам, казанцы делали вылазки, удачно отражавшиеся осаждавшими. Стены крепости стойко оборонялись казанским гарнизоном, причем к защитникам города на стены Казани ежедневно поднимались шаманы и производили на глазах московских войск волшебные ритуалы, призывая гнев богов на головы осаждавших.

По окончании осадных работ поднялась страшная буря, сорвавшая все палатки, в том числе и царскую, разбросано и потоплено было много судов с запасами и уничтожены были продовольственные склады. Московские войска в этом стихийном бедствии увидели волшебство шаманов и, сознавая свое бессилие бороться против их чар, отказывались продолжать осаду. Также думали и более просвещенные люди, о чем пишет в своих записках и князь Андрей Курбский. Нужны были большие усилия, чтобы удержать войска. Из Свияжа были доставлены боевые припасы и продовольствие, а из Москвы была привезена чудотворная икона Божьей Матери, перед которой совершались молебствия для противодействия шаманам. Осада продолжалась. Перед стенами крепости была построена деревянная башня высотою в 13 метров, на которую поставлены были 10 больших пушек и ручное оружие большого калибра. На башне были размещены стрельцы, и оно было подкачено к крепостной стене. С башни был открыт огонь, «яко с небеси» вдоль стен и улиц крепости. На северном участке князя Курбского, занимаемого частью донских казаков, был обнаружен подземный ход, по которому казанцы доставляли в крепость воду. Был вызван «розмысл», специалист по подрывному делу, сделан был подкоп, вкачено было 11 бочек пороху, и тайник был взорван.