Ключавым пунктам у абарончай сыстэме Полацку быў замак, разьмешчаны, як ужо згадвалася, пры самым сутоку Палаты і Дзьвіны. Яго фартыфікацыі складаліся з валу драўляна-земляной канструкцыі, які налічваў 204 гародні і 9 драўляных веж. Умацаваньні былі ўзьведзеныя з сасновага дрэва. Сваім характарам яны ня розьніліся ад тыповых фартыфікацый літоўска-маскоўскага памежжа, ужо ахарактарызаваных у першым разьдзеле. Унутраныя сьцены гародні складаліся зь пяці слаёў сасновых бярвёнаў, мелі баявыя пляцоўкі наверсе і байніцы.
Сьцены замкавых вежаў былі пабудаваныя з трох слаёў дрэва. Яны былі ўвенчаны высокімі, сьпічастымі дахамі, а ў Вусьцейскай, Міхайлаўскай і безыменнай знаходзіліся брамы. Міхайлаўская брама была хутчэй брамкай, што выходзіла на Палату. Да Вусьцейскай і безыменнай вялі масты, у першым выпадку праз Палату, у другім — праз Плыткі яр, які аддзяляў 3амак ад Вялікага пасаду. Аднак у 1552 г. мост, які злучаў 3амак зь Вялікім пасадам, быў зьнішчаны, таму жыхары, якія ўзьбіраліся на Замак, выклікалі асяданьне зямлі з падножжа брамы і суседніх зь ёй гародняў.
Хоць падчас рэвізіі Полацкага ваяводзтва ў 1552 г. былі скаргі і на стан іншых участкаў умацаваньняў, трэба меркаваць, што пасьля пачатку вайны за Лівонію яны сыстэматычна рамантаваліся. Іх абарончую каштоўнасьць павысіла дастасаваньне контуру валоў да формы пагорку, уціснутага ў калена Палаты. Дзякуючы гэтаму Палата засьцерагала ўмацаваньні 3амку і Вялікага пасаду з поўначы і захаду, а з поўдня іх амывала Дзьвіна, якая мела ў гэтым месцы шырыню 120–130 мэтраў. Рускія летапісы згадваюць таксама пра вялікі і глыбокі роў, што цягнуўся перад валамі Вялікага пасаду ад Палаты да Дзьвіны. Гэты роў павінен быў прыкрываць падыход да гарадзкіх умацаваньняў з усходу. Аднак пэўным недахопам абарончай сыстэмы Вялікага пасаду былі слабыя ўмацаваньні (магчыма, паркан?) уздоўж берагу Дзьвіны. Напэўна, палачане лічылі, што шырокая рака — дастатковая абарона для гэтай часткі гораду. Хутчэй за ўсё, таксама Запалоцьце было абкружана астрогам, а астатнія пасады мелі характар прадмесьцяў і ня мелі ніякіх умацаваньняў.
Паводле рэвізіі 1552 г., у полацкім замку знаходзілася 23 гарматы, 4 мартыры і 87 гакаўніц. Сталую вартаўнічую службу несьлі ўсяго толькі 30 драбаў, аднак у выпадку вайны наймалі пяхоту і склікалі паспалітае рушаньне. І так Уклейскую вежу і суседнія зь ёй гародні павінны былі абараняць ваяры, выстаўленыя з Уклейскай воласьці і суседніх зь ёй шляхецкіх вёсак. Акалічная шляхта была абавязана абараняць замак разам са збройнымі аддзеламі, большасьць зь якіх залежала ад маёмасьці, якой валодала. Для прыкладу, полацкі харунжы Іван Зяновіч быў абавязаны выставіць 9 коней, гараднічы Васіль Міхайловіч — 8 і г. д. Такім чынам была ўладкавана абарона ўсіх гарадоў тагачаснага літоўска-маскоўскага памежжа.
Не захавалася ніякіх больш-менш дакладныя зьвестак аб колькасьці полацкай залогі ў момант падыходу войскаў Івана IV пад горад. Аднак яе можна ацэньваць прыблізна ў тысячы чалавек, у тым ліку літоўскую залогу, чатыры польскія роты (каля 500 жаўнераў), ваколічную шляхту і ўзброеных мяшчан. Яе бадай было дастаткова, бо камандзір абароны, ваявода Станіслаў Двойна не наракаў на недахоп людзей і зброі. Непакой маглі выклікаць толькі запасы харчоў, недастатковыя для натоўпаў уцекачоў, якія зьбеглі ад маскоўскай арміі з навакольных вёсак. На хуткую дапамогу нельга было разьлічваць. Канцэнтрацыя маскоўскай арміі адбывалася так хутка, што яе зьяўленьне пад Полацкам засьпела ліцьвінаў зьнянацку. Кароль знаходзіўся ў той час на каронным сойме ў Пётркаве, а літоўскі гетман, раскватараваны ў Менску, ужо распусьціў харугвы на зімовы пастой.
Маскоўскія войскі сталі пад Полацкам у нядзелю 31 студзеня 1563 г. У той час ужо гарэлі, запаленыя на загад Двойны, прыгарадныя слабоды, а абаронцы засяродзіліся на ўмацаваньні 3амку, Вялікага пасаду і выспы на Дзьвіне (т. зв. Іванаўскага астрогу), дзе знаходзіўся адзін з манастыроў.
Ужо ў першы дзень пасьля падыходу пад Полацак цар наладзіў пад горадам своеасаблівую дэманстрацыю сілы. Загадаў расставіць свае войскі на пэўнай адлегласьці ад валоў і дзьмуць у трубы ды біць у бубны. Аднак гэта не зрабіла сур’ёзнага ўражаньня на абаронцаў, якія адкінулі заклік да капітуляцыі. Увечары Іван IV разам са сваім добраахвотніцкім палком пераправіўся на паўднёвы бераг Дзьвіны. Ноч з 31 студзеня на 1 лютага правёў у часткова спаленым Барысаглебскім манастыры. Тую пераправу адзін з рускіх хранікёраў паказаў як гераічную падзею, пішучы пра кулі, якія падалі «на полк вялікага князя так густа, як дождж». Пераправа, канечне, адбывалася пад агнём замкавай артылерыі на ўсход ад гарадзкіх умацаваньняў, але на такой значнай адлегласьці ад гораду, што абстрэл быў малаэфэктыўным. Сьведчыць пра гэта нават тое, што падчас пераправы загінуў толькі адзін з царскіх жаўнераў. Зрэшты, ужо 3 лютага Іван IV вярнуўся на паўночны бераг Дзьвіны, матывуючы гэта магчымасьцю адлігі і крыгаломам на рацэ.