На этот раз великий князь сам возглавил войска, и в середине лета осада Смоленска началась. Московская артиллерия настолько удачно действовала под управлением некоего Стефана, что деревянные стены Смоленска были разрушены в нескольких местах, а залпы из пушек мелкими камнями, покрытыми свинцом, т. е. картечью, наносили такой урон защитникам города, что среди них началась паника. В то же время подкупленные князем Михаилом Глинским горожане вели пораженческую агитацию среди воинов и жителей Смоленска. В этот раз достаточным оказалось артиллерийского обстрела города, чтобы его защитники и православный смоленский епископ Варсонофий в тот же день принудили воеводу Юрия Сологуба объявить о полной капитуляции.
Сигизмунд Герберштейн в своих «Записках о московитских делах» по свежим следам взятия Смоленска сообщил, что князь Михаил Глинский «склонил Василия к войне и обещал ему, что он покорит Смоленск, если он снова будет осажден, но с тем условием, чтобы московский князь отдал ему это княжество. Потом, когда Василий согласился на предложенные Михаилом условия и снова уже теснил Смоленск тяжкою осадою, Глинский овладел городом посредством переговоров или, справедливее сказать, через подкуп и привел с собою в Москву всех начальников войска, исключая только одного, который воротился к своему государю, не зная за собой никакой измены» [61, 171]. Действительно, воевода Юрий Сологуб отказался перейти на службу к московскому государю, и был милостиво отпущен в Литву, где его казнили за сдачу Смоленска.
Князь Михаил Глинский не получил Смоленска в отчину и затаил на великого князя обиду, считая именно своей заслугой скорую сдачу города московскому войску. А Василий III торопился развить успех и направил своих воевод к Мстиславлю. Княживший в этом городе князь Михаил Заславский, потомок Гедимина, не видя возможности сопротивления московскому войску, сдал город без боя и присягнул великому князю. Вслед за этим сдались Дубровна и Кричев. Оставив в Смоленске московский гарнизон, великий князь отправился в Дорогобуж, а своих воевод послал к Борисову и Минску.
Польский король и великий князь литовский Сигизмунд I предпринимал усилия для ответного удара, он пополнил свою армию в районе Борисова профессиональными наемными воинами и направил под командованием князя Константина Острожского, бежавшего незадолго до этого из московского плена, навстречу армии князя Михаила Булгакова-Голицы и боярина Ивана Челяднина. В то же время полоцкий воевода Альберт Гастольд, действовавший на северном фланге военных действий, разбил отряд князя Петра Елецкого и сжег Великие Луки.