Крепость была лишена водоснабжения. Казанцы упорно сопротивлялись, из крепости производили вылазки, согласуя их с нападением извне конницы хана Епанчи. После сильного нападения со стороны последнего было решено покончить с угрозой с тыла, и против Епанчи был выслан сильный отряд под начальством Шуйского; отряд этот двинулся в лес и подошел к Арскому укреплению, устроенному в лесной чаще, среди болот. Крепость была атакована с двух сторон, после упорного боя укрепленный пункт был взят, татары разогнаны, и окрестности Казани были очищены от конницы татар.

К сентябрю начались подрывные работы для взрыва крепостных стен. Готовились три подкопа. Свозилась земля для завалки крепостного рва. 2 октября татарам предложено было капитулировать, они отказались. Был произведен первый взрыв у Арских ворот, на фронте большого полка. Стрельцы и казаки забросали ров хворостом и землей и пошли на штурм. «И тако, – пишет летописец, – скоро взыдоша на стену великою силою, и поставиша ту щиты и бишася на стене день и нощь до взятия града». Главный штурм был назначен на восточном и юго-восточном секторе. Войска Западного сектора должны были сдерживать на своих участках противника. Штурмующие полки развертывались в три линии. В первой линии шли казаки и части боярских детей и дворян, разделенные на сотни. Во второй – главные силы, и в третьей – поддержки.

Сигналом начала штурма должны были быть взрывы крепостных стен. На восходе солнца был произведен первый, а потом второй взрывы. Войска бросились на штурм и ворвались в город. Но часть войск бросилась грабить, татары оправились, перешли в наступление и стали теснить ворвавшиеся войска. Требовалась помощь; царь двинул половину своего резерва. Татары снова были смяты и оттеснены к ханскому дворцу, составлявшему центральный укрепленный пункт, где оказывалось сопротивление. Сопротивление было окончательно сломлено, и защитники в составе 6000 бросились вниз, переплыли Казанку и сделали прорыв частей князя Курбского. Но князь Курбский с конницей окружил отступающих. Татары, видя безвыходное положение, предложили князю Курбскому дать им развернуться для боя и решить участь в открытом бою. Условие было принято, произошел бой, татары потерпели поражение, и все были уничтожены. Казань была взята, хан Едигей был взят в плен.

В Казани был оставлен гарнизон стрелецких войск, боярских детей и казаков. Наместником был назначен князь Горбатый-Шуйский с несколькими боярами. 11 октября царь с войсками двинулся в обратный путь. Дойдя до Нижнего Новгорода, даточные и поместные войска были распущены по домам. Стрельцы, казаки и народ возвратились в Москву.

Взятие Казани было исключительно важным событием в русской истории. Взятие ее означало решительную победу Руси над Востоком. Перед русским народом открылись широкие пространства земель, составлявшие владения Монгольской империи. Победа над Казанью сопровождалась в Москве и по всей стране торжествами. В память этого исключительного события в Москве был построен храм Василия Блаженного, являющийся не только памятником взятия Казани, но и представляющий высокий образец архитектурного искусства.

Официальные источники обыкновенно дополняются преданиями и легендами. Предание повествует, что во время осады Казани донской казак Ермак Тимофеевич, переодевшись в татарина, проник в Казань, осмотрел крепость и, возвратившись, указал места, более выгодные для взрыва крепостных стен.

После покорения Казани на пути полного овладения рекой Волгой и бассейном Каспийского моря стояла Астрахань, расположенная в устье Волги. Астрахань закрывала вход в Каспийское море и лежала на путях, связывающих с народами Прикаспийского побережья, Персией и Малой Азией. Между тем, продолжалась междоусобная борьба претендентов на ханский престол Астрахани и ногайской орды, ханы которой также находились в постоянных междоусобицах и обращались, как и астраханские, за помощью к московским князьям и обещались им службой. В 1554 году в Москву прибыло посольство от астраханского мурзы Измаила с просьбой к царю, чтобы он защитил его от царя Янучара, захватившего силой и изгнавшего сторонника Москвы царя Дербыша. Царь Грозный милостиво принял посольство и обещал помочь. Война Москвы за владение волжскими и каспийскими бассейнами втягивала ее в политику северо-кавказских народов. В 1553 году в Москву прибыли кабардинские князья бить челом царю, чтобы он принял их в подданство и защитил против крымского хана и ногайских орд. С этим посольством в Москву прибыло посольство и отгребенских казаков, живших на р. Сунже и соседствовавших с кабардинцами.