Видя, что русский огонь не причиняет большого вреда осажденным, скрывающимся за тарасами, царь велел подкопать эти тарасы и, как взорвет их, придвинуть туры к самым воротам, Арским и Царевым. 30 сентября тарасы взлетели на воздух с людьми; бревна побили множество народа в городе, остальные обеспамятели от ужаса и долго оставались в бездействии; стрелы перестали летать из Казани. Пользуясь этим временем, воеводы утвердили туры подле ворот Царевых, Арских и Аталыковых. Наконец казанцы опомнились, выскочили изо всех ворот и с ожесточением напали на русских. В это время Иоанн сам показался у города; увидав его, русские с новым рвением ударили на неприятеля, схватились с ним в воротах, на мостах, у стен, бились копьями и саблями, схватывались за руки; дым от пушечной и пищальной пальбы покрыл город и сражающихся; наконец осаждающие одолели, взобрались на стены, заняли Арскую башню, втеснились в самый город; князь Михайла Воротынский послал сказать Иоанну, что надобно пользоваться удачею и вести общий приступ; но остальные полки не были приготовлены к этому дню, и по царскому указанию воинов вывели насильно из города. Стены, ворота и мосты были зажжены, в Арской башне утвердились русские люди; мосты и стена горели целую ночь, из стены сыпалась земля; русские воеводы велели своим ратникам на занятых местах заставиться крепкими щитами, а туры засыпать землею; татары также работали: ставили срубы против пробитых мест и насыпали землею.
На другой день, 1 октября, царь велел наполнить рвы лесом и землею, устроить мосты и бить из пушек беспрестанно; били весь день и сбили до основания городскую стену. Общий приступ был назначен на другой день, в воскресенье, 2 октября; во всех полках велено было ратным людям исповедоваться и приобщаться.
Но прежде решительного приступа царь хотел в последний раз испытать действие мирных переговоров; к городу был отправлен мурза Камай с предложением, чтобы казанцы били челом государю; если отдадутся в его волю и выдадут изменников, то государь простит их. Казанцы отвечали единогласно: «Не бьем челом! На стенах русь, на башне русь – ничего: мы другую стену поставим и все помрем или отсидимся». Тогда царь велел готовиться к приступу; по дорогам велел расставить также полки, чтоб не пропускать казанцев, если вздумают бежать из города.
В ночь с первого числа на второе, с субботы на воскресенье, Иоанн, проведши несколько времени наедине с духовником, начал вооружаться; князь Михайла Воротынский прислал сказать ему, что размысл подставил уже порох под городские стены, что казанцы заметили его и потому нельзя мешкать. Царь послал повестить во все полки, чтоб готовились немедленно к делу, а сам пошел в церковь, где велел поскорее совершать правило; на рассвете, отпустив свой полк к городу и велев ему дожидаться себя в назначенном месте, пошел к обедне; здесь, когда дьякон оканчивал Евангелие словами: «И будет едино стадо и един пастырь», раздался сильный гром, земля дрогнула: царь выступил из церковных дверей и увидал, что городская стена взорвана, бревна и люди летят на высоту; вскоре после этого, когда дьякон читал на ектении молитву о царе и вымолвил слова: «Покорити под нозе его всякого врага и супостата», – последовал второй взрыв, сильнее прежнего, множество казанцев виднелось на воздухе, одни перерванные пополам, другие с оторванными руками и ногами. Тогда русское войско, воскликнув: «С нами бог!» – пошло на приступ; казанцы встретили его криком: «Магомет! Все помрем за юрт!» В воротах и на стенах началась страшная сеча Шуйск. Один из ближних людей вошел в церковь и сказал царю: «Государь! Время тебе ехать; полки ждут тебя». Иоанн отвечал: «Если до конца отслушаем службу, то и совершенную милость от Христа получим». Приехал второй вестник и сказал: «Непременно нужно ехать царю, надобно подкрепить войско». Иоанн вздохнул глубоко, слезы полились из глаз, он начал молиться: «Не остави мене, господи боже мой! Не отступи от мене, вонми в помощь мою!» Обедня уже оканчивалась, Иоанн приложился к образу чудотворца Сергия, выпил святой воды, съел кусок просфоры, артоса, принял благословение духовника, сказал духовенству: «Простите меня и благословите пострадать за православие, помогайте нам молитвою!» – вышел из церкви, сел на коня и поскакал к своему полку.
Когда Иоанн подъехал к городу, знамена русские развевались уже на стенах; присутствие царя придало ратникам новые силы; князь Воротынский прислал сказать, что русские люди уже в городе, чтоб царь помог им своим полком; Иоанн велел своему полку спешиться и идти на помощь, потому что на лошадях в городские улицы въехать было нельзя по причине страшной тесноты. Татары оказывали отчаянное сопротивление; несколько часов русские не могли сделать ни шага вперед, наконец им удалось взобраться на крыши домов и оттуда бить неприятеля. Но в эту решительную минуту многие ратники, прельстившись добычею, перестали биться и бросились на грабеж; казанцы начали одолевать остальных. Воеводы дали знать об этом царю, тот послал новую помощь, которая и успела поправить дело. Русские пробились к мечети, и здесь загорелась самая жаркая битва, в которой погиб главный мулла. С другой стороны царь Едигер затворился в своем дворе и крепко оборонялся; наконец, видя невозможность дальнейшего сопротивления, ринулся в нижнюю часть города к воротам; спереди не давал ему проходу небольшой русский отряд, бывший под начальством князя Курбского, а сзади напирало главное войско. По трупам своих, лежавшим наравне с стеною, татары взобрались на башню и закричали, что хотят вступить в переговоры; русские перестали биться, и татары начали говорить: «Пока стоял юрт и место главное, где престол царский был, до тех пор мы бились до смерти за царя и за юрт; теперь отдаем вам царя живого и здорового; ведите его к своему царю! А мы выйдем на широкое поле испить с вами последнюю чашу». Выдавши царя вместе с тремя приближенными к нему вельможами, татары бросились прямо со стены на берег Казанки, хотели пробиться прямо к реке, но, встреченные залпом 113 русских пушек, поворотили налево вниз, бросили доспехи, разулись и перебрели реку в числе 6000; двое князей Курбских, Андрей и Роман, обскакали неприятеля, врезались в его ряды и были смяты; но троим другим воеводам – князьям Микулинскому, Глинскому и Шереметеву – удалось нанести казанцам окончательное поражение; только немногие успели убежать в лес, и то раненые. В Казани не осталось в живых ни одного из ее защитников, потому что Иоанн велел побивать всех вооруженных, а брать в плен только женщин и детей.
Узнавши, что Казань в руках его войска, царь велел служить молебен под своим знаменем, собственными руками вместе с духовником водрузил крест и велел поставить церковь во имя нерукотворенного образа на том месте, где стояло царское знамя во время взятия города. После молебна князь Владимир Андреевич, все бояре и воеводы поздравляли государя, князь Владимир говорил: «Радуйся, царь православный, божиею благодатию победивший супостатов! Будь здоров на многие лета на богом дарованном тебе царстве Казанском! Ты по боге наш заступник от безбожных агарян; тобою теперь бедные христиане освобождаются навеки и нечестивое место освящается благодатию. И вперед у бога милости просим, чтоб умножил лет живота твоего и покорил всех супостатов под ноги твои и дал бы тебе сыновей – наследников царству твоему, чтоб нам пожить в тишине и покое». Царь отвечал: «Бог это совершил твоим, князь Владимир Андреевич, попечением, всего нашего воинства трудами и всенародною молитвою; буди воля господня!» Приехал и Шиг-Алей с поздравлением. Татарскому царю, поздравляющему с разрушением Татарского царства, Иоанн счел приличным отвечать оправданием этого разрушения. «Царь господин! – сказал он. – Тебе, брату нашему, ведомо: много я к ним посылал, чтоб захотели покою; тебе упорство их ведомо, каким злым ухищрением много лет лгали; теперь милосердый бог праведный суд свой показал, отомстил им за кровь христианскую». Иоанн велел очистить от мертвых одну улицу от Муралеевых ворот к цареву двору и въехал в город; впереди ехали воеводы и дворяне, сзади князь Владимир Андреевич и Шиг-Алей. Царь был встречен русскими пленниками, освобожденными от неволи; увидавши государя, они пали на землю со слезами и кричали: «Избавитель наш! Из ада ты нас вывел; для нас, сирот своих, головы своей не пощадил!» Царь велел отвести их в свой стан и кормить, потом распорядиться отсылкою по домам. Въехавши в город, Иоанн велел воеводам гасить пожар; все сокровища, взятые в Казани, и пленников, женщин и детей, он отдал войску, а себе взял только царя Едигера, знамена царские и пушки городские. Побыв несколько времени на царевом дворе, возвратился назад в стан, где прежде всего пошел в церковь св. Сергия принести благодарную молитву чудотворцу; потом отправился к столу, утешив все войско благодарными словами и обещанием жаловать.