К 23 августа все полки заняли исходные рубежи. Чтобы окружить город и начать осаду, царь построил их, отдал приказ — наступать организованно, не увлекаться, самовольно в бой не вступать. Перекрестился на образ Спасителя на знамени св. Дмитрия Донского и дал команду: «О Твоем имени движемся!» По намеченному плану войска с разных сторон пошли к крепости. Казанцы попытались обмануть. Не стреляли и не показывались на стенах, будто город вымер. Внезапно из ворот с криком вырвались 15 тыс. татар и ударили на авангард — 7 тыс. казаков и стрельцов. Но они не дрогнули, не позволили себя смять. Сомкнулись, кое-как сдерживая напор. Царь бросил им подкрепление, оряды детей боярских, и врагов загнали обратно в крепость. Остальные полки четко выполнили приказ: в бой не вступать и строй не ломать, чтобы рать не превратилась толпу. Продолжили движение и встали на намеченных позициях.
Начали окапываться, строить батареи. За несколько дней Казань окружили полевыми укреплениями, турами и тарасами. Казаки захватили каменную Даярову баню у самых стен. Защитники всеми силами старались срывать осадные работы, днем и ночью совершали вылазки. То на одном, то на другом участке закипали жаркие схватки. А из лесов атаковала конница Епанчи. Перекрыла дороги, мешала снабжению, высматривала и обрушивалась там, где русские потеряли бдительность. Все это изматывало людей. Ели и спали урывками, находились в постоянном напряжении. Сам царь то и дело садился на коня, направляя своих дружиников на выручку частям, подвергшимся нападениям.
На военном совете решили провести отдельную операцию, расчистить тылы. Перед Арским лесом выпустили небольшие отряды для приманки, татары клюнули, налетели на них. Ратники побежали, заманивая врага до обозов. А 30 тыс. конницы и 15 тыс. пехоты под командованием князя Горбатого-Шуйского, скрытые за горой, вышли неприятелю в тыл, отрезая от леса. Воинство Епанчи перебили и перерубили. Несколько сот пленных царь велел привязать к кольям перед стенами Казани, чтобы они умолили горожан сдаться. Глашатаи объявляли, что Иван Васильевич обещает пленным свободу, «а вам прощение и милость, если покоритесь ему». Но казанцы сами расстреляли из луков своих собратьев… Чтобы окончательно обезопасить тылы, Горбатый-Шуйский совершил рейд вглубь ханства, захватил Арское укрепление — базу Епанчи. Ратники пригнали стада трофейного скота, привезли обозы продовольствия, освободили тысячи невольников, находившихся в сельских имениях казанцев.
Упорную борьбу пришлось вести не только обычным оружием. Осажденные мобилизовали и колдунов, которые несколько дней подряд вызывали проливные дожди над русским войском. В общем-то ничего сверхъестественного в этом нет. Среди знахарей издревле существуют подобные методики, в наше время такие опыты неоднократно фиксировались, демонстрировались в фильмах. Но тогда они доставили много неприятностей. По совету духовенства, Иван Васильевич отправил курьеров в Москву, и на перекладных привезли Честной Крест, входящий в царские регалии — с частицей Креста, на котором был распят Господь. Им иереи соборно освятили воду, провели крестный ход, и чародейские методы перестали работать.