Одновременно с осадой Кремля Дмитрий Пожарский принял меры для защиты тыла русского войска, так как к тому времени стало известно, что Сигизмунд III собирает крупные силы для похода на Москву. В районе Замоскворечья были проведены большие инженерные работы, восстановлены разрушенные в ходе боев укрепления — острожки. Берега Москвы-реки обнесли тыном с земляной насыпью, на которой расставили пушки с таким расчетом, чтобы можно было вести огонь как по противнику, наступавшему с тыла, так и по вражескому гарнизону, засевшему за кремлевскими стенами. Русские ратники выкопали неподалеку от Кремля глубокий ров, укрепили его, поставив у Пушечного двора батарею, и повели обстрел кремлевского гарнизона. Осторожный и предусмотрительный воевода Пожарский лично наблюдал за тем, как ведутся осадные работы.
Результатом их стало то, что доставлять в Кремль осажденным продовольствие, хотя бы эпизодически, как это делалось прежде, стало невозможно. Начался голод. Поляки съели кошек, собак, всю живность, варили кожаные переплеты книг, пошла в ход и трава. В ходе боев 22 и 24 августа польский гарнизон заметно увеличился, а продовольствия не было. Командование, чтобы уменьшить количество едоков, выпустило из Кремля бояр, сидевших с ними в осаде, с женами и детьми, предварительно ограбив их. Среди них глава «семибоярщины» князь Мстиславский, жена Филарета Романова (сам он находился в заточении в Польше) с сыном Михаилом (будущий русский царь — основатель династии Романовых) и другие.
Безрассудное упорство польских панов и наемников, не желавших сдаваться, объясняется боязнью ответственности за свои злодеяния.
22 октября 1612 года, когда начались переговоры о сдаче Китай-города, на штурм его устремились казаки, не желавшие никаких уступок полякам. Много шляхтичей было перебито, оставшаяся часть перешла в Кремль. Голод в осажденном гарнизоне еще более усилился.
Дни гарнизона польских интервентов, засевшего в Кремле, были сочтены.
Убедившись в бесполезности дальнейшего сопротивления, командование осажденных польских войск на этот раз не прервало переговоры о сдаче, 26 октября кремлевский гарнизон согласился на капитуляцию. Договор был подписан и скреплен крестным целованием. В нем говорилось, что интервентам будет сохранена жизнь, если они сдадут в казну имевшиеся у них государственные ценности.
27 октября началась сдача осажденного гарнизона. Полк Струся, вышедший в лагерь Трубецкого, вопреки договору был почти полностью истреблен казаками, среди которых находилось много беглых крестьян и холопов из мест, подвергшихся во время польской интервенции разорению. В полку Будилы, сдавшемся Пожарскому, также имелись убитые, но в значительно меньшем количестве. Кроме того, князь Дмитрий, когда принимали бояр, не допустил кровопролития и заставил прибывших вооруженных казаков вернуться в свой лагерь. Поляки и наемники были разосланы по городам, где они находились до обмена их на томившихся в польском плену русских.
В тот же день, 27 октября 1612 года, ополчение торжественно вступило в опустошенный и оскверненный интервентами Кремль.
В воскресенье 1 ноября 1612 года утром на Красной площади, у Лобного места, под приветственные крики москвичей сошлись народное ополчение и казачество. После благодарственного молебна открылось торжественное шествие в Кремль. Земское ополчение, во главе которого ехали Дмитрий Пожарский и Кузьма Минин, под звон колоколов и пушечный залп, двигаясь от Арбата, вошло во Фроловские (Спасские) ворота. Ополченцы несли опущенные польские знамена, отбитые у гетмана Ходкевича. В самом Кремле победителей встретили полковники Струсь, Будила и другие польские военачальники, которые покорно сложили наземь знамена королевского войска. В это время казачество во главе с боярином-воеводой князем Трубецким вступило в Кремль через Боровицкие и Троицкие ворота.
Москвичи праздновали победу.
Очистив полностью стольный город Москву от иноземных захватчиков, народное ополчение положило прочное основание делу освобождения всей страны от польских и шведских интервентов и восстановления независимости Российского государства. Одержанная победа окружила ореолом славы героев битвы за Москву «выборного человека всею землею» Кузьму Минина и воеводу князя Дмитрия Пожарского.
Так победно завершился великий подвиг русского народа во имя освобождения Москвы — столицы Родины от иноземных захватчиков. Но до полного освобождения страны было еще далеко. Западные и северо-западные области Российского государства находились под польскими и шведскими оккупантами.