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.
Казань была взята, но надобно было распорядиться насчет дикого, воинственного народонаселения, жившего в ее области: Иоанн разослал по всем улусам черным ясачным людям жалованные грамоты, писал, чтоб шли к нему без страха, он их пожалует, а они бы платили ему ясак, как и прежним казанским царям; арские люди и луговая черемиса прислали с челобитьем. 4 октября вся Казань была очищена от трупов; царь поехал в нее в другой раз, выбрал среди города место, водрузил на нем своими руками крест и заложил церковь во имя Благовещения богородицы; отслужили молебен, освятили воду и с крестами ходили по городским стенам. На третий день, 6 октября, заложенная церковь Благовещения уже была готова и освящена. В тот же день царь назначил наместником в Казань большого боярина князя Александра Борисовича Горбатого и боярина князя Василия Семеновича Серебряного, оставил с ними дворян своих больших, много детей боярских, стрельцов и козаков, 11 октября Иоанн выступил в обратный путь: сам государь поехал Волгою в судах, а конная рать пошла берегом на Васильсурск с князем Воротынским. В Нижнем Новгороде царь встретил посланных с поздравлением от царицы, от князя Юрия Васильевича и от митрополита; тут он вышел из судов и поехал сухим путем на Балахну во Владимир. Здесь ждала его новая радость; прискакал боярин Траханиот с вестью о рождении первого сына, Димитрия. Из Владимира чрез Суздаль и Юрьев царь поехал в Троицкий монастырь, где прежний митрополит Иоасаф, игумен и братия встретили его с крестами; в селе Тайнинском он встречен был братом Юрием, под Москвою кликами бесчисленного множества народа: "Многая лета царю благочестивому, победителю варваров, избавителю христианскому!" У Сретенского монастыря встречен был митрополитом с крестами; благословившись у митрополита, Иоанн говорил ему речь, которая оканчивалась так: "А тебе, отцу своему и богомольцу, и всему освященному собору вместе с князем Владимиром Андреевичем и со всем войском за ваши труды и молитвы, потому что вашими молитвами бог соделал такие великие чудеса, много челом бьем". Тут царь, князь Владимир и все войско поклонились в землю, после чего Иоанн продолжал: "И теперь вам челом бью, чтоб пожаловали, потщились молитвою к богу о нашем согрешении и о строении земском, чтоб вашими святыми молитвами милосердый бог милость нам свою послал и порученную нам паству, православных христиан, сохранил во всяком благоверии и чистоте, поставил бы нас на путь спасения, от врагов невидимых соблюл, новопросвещенный град Казанский, по воле его святой нам данный, сохранил во имя святое свое и утвердил бы в нем благоверие, истинный закон христианский, и неверных бы обратил к нему, чтоб и они вместе с нами славили великое имя святыя троицы, отца, сына и святого духа ныне, и присно, и во веки веков, аминь". Митрополит отвечал также речью, в которой прославлял милость божию и подвиги царя, сравнивал его с Константином Великим, Владимиром Святым, Димитрием Донским, Александром Невским; по окончании речи митрополит и все духовенство пали также на землю пред царем, благодаря его за труды. Здесь, у Сретенского монастыря, Иоанн переоделся: снял воинские доспехи и надел одежду царскую - на голову надел шапку Мономахову, на плечи бармы, на грудь крест - и пошел пешком за крестами в Успенский собор, а оттуда во дворец. 8, 9, 10 ноября были столы у царя для знатного духовенства и вельмож, и три дня раздавались дары митрополиту, владыкам и награды воеводам и воинам, начиная с князя Владимира Андреевича до последнего сына боярского; кроме вотчин, поместий и кормлений роздано было деньгами, платьем, сосудами, доспехами, конями 48000 рублей.