Войск в Казани было мало — большинство военных частей разослали в места военных действий с повстанцами. К обороне города, помимо наличных регулярных частей (до 2 тысяч человек), привлекли всех, кого сыскали: гимназистов, городских обывателей. Распределили начальников по участкам обороны. Потемкин утверждал в том же донесении императрице, «что город совершенно безопасен». Он заверил ее, что скорее погибнет, чем допустит мятежников атаковать город, выступит с деташементом «навстречу злодею».
Пугачев при подходе к Казани 10 июля разбил отряд полковника Толстого (200 человек с одним орудием), высланный Брандтом. Командир и часть солдат погибла в стычке, 53 человека перешли к повстанцам, остальные разбежались. Подойдя к городу, Пугачев приказал Дубровскому написать три указа (к администрации, русскому населению города, татарам) — жителей Казани призывали в нем к покорности «государю», сдаче города. Овчинников поехал с ним к городу, но его отказались принять.
Более чем 20-тысячное войско Пугачева делилось на полки по 500 примерно человек в каждом. Вооружены были плохо — ружей мало, в основном дубины, колья, заостренные шесты, луки со стрелами. Но Емельян получил из Казани известия, что сил для ее защиты там мало, а многие жители ему сочувствуют.
Полки восставших расположились тремя большими частями у восточных окраин Казани. У Суконной слободы стоял отряд самого Пугачева; севернее, на Арском поле, — отряды Белобородова и Минеева; еще севернее, у реки Казанки, — отряд Овчинникова.
11 июля Пугачев со свитой в 50 человек яицких казаков осматривал укрепления города, намечал план штурма. Вечером по его приказу Белобородов сделал вторую рекогносцировку. Когда он подъехал к городу, Потемкин, стоявший с отрядом (450 пехоты, 250 конных) на своем месте, вышел из-за рогаток. Белобородов отступил. Ни одного выстрела не прозвучало, но генерал на следующий день писал своему всесильному брату: «Вчера неприятель (всего-то небольшая группа Белобородова, ходившая в разведку! — В. Б.) атаковал Казань, и мы его отогнали».
12 июля, рано утром, Пугачев вызвал к себе полковников и советников, яицких казаков Я. Давилина, И. Творогова, Ф. Чумакова, А. Овчинникова, Идыра Баймекова и др. Обсудили план предстоящего наступления. Совещание приняло решение, и Пугачев приказал с четырех сторон, четырьмя колоннами, идти на штурм. В нем должны были участвовать все повстанцы, даже те, у кого не было никакого оружия (они помогали криками).
Вдоль Сибирского тракта наступали отряды Белобородова и Минеева. Шли они под прикрытием возов с соломой, между ними везли пушки. Заняли рощу Неёловой, домики вдоль тракта. Ветер дул в сторону города, гнал туда дым. Потемкин выслал навстречу повстанцам авангард подполковника Неклюдова, но его окружили с трех сторон. Прийти к нему на помощь Потемкин не отважился, отошел за рогатки, увидев, что «злодеи» охватывают его фланги.