Цяжкая маскоўская артылерыя сканцэнтравалася ў першую чаргу на Вялікім пасадзе, і празь дзьве гадзіны яго валы былі моцна прадзіраўлены. Вялікую шкоду прычынялі і маскоўскія гарматы, якія стралялі з паўднёвага берагу Дзьвіны. Двойна ня бачыў магчымасьці абараняць гэтую частку крэпасьці і 9 лютага загадаў падпаліць Вялікі пасад, адступаючы з залогай у замак. Не было і гаворкі, каб там маглі зьмясьціцца ўсе жыхары і ўцекачы. Больш як 11 000 мужчынаў, жанчын і дзяцей з навакольных вёсак давялося пакінуць падпалены горад і здацца на ласку цара.
Спаленьне Вялікага пасаду аказалася чарговай тактычнай памылкай абаронцаў. Маскоўскія камандзіры адразу выкарысталі яго папялішчы і ўжо ў наступны дзень пачалі падцягваць сюды гарматы. Пачаўся забойчы абстрэл Замку. Ядры зь цяжкіх гармат адрывалі бярвёны ад валоў, ранілі абаронцаў, а шчыльны абстрэл зь пішчаляў не дазваляў ім высунуцца з-за ўмацаваньняў. Адносна бясьпечным месцам быў толькі Сафійскі сабор, дзе засядаў Двойна з камандаваньнем. Уначы 10 лютага 800 польскіх і літоўскіх жаўнераў ударылі на папялішчы Вялікага пасаду, спрабуючы захапіць небясьпечныя батарэі. Уратавала артылерыю чуйнасьць Івана Шарамецева Большага, які асабіста узьняў сваіх людзей у контратаку і ўратаваў гарматы ад пагрозы. Падчас бою артылерыйскі снарад, пушчаны з 3амку, «пагладзіў яго па вуху», і царскі камандзір страціў ня толькі слых, але і жыцьцё. Замяніў яго князь Юры Кашын.
У наступныя дні з Замку не рабілася ніякіх выпадаў. Нават самыя сьмелыя вылазкі не былі ў стане ўратаваць Полацак. За дзьве наступныя ночы маскоўскія жаўнеры паставілі чарговыя гарматы насупраць усходніх валоў Замку. У суботу 13 лютага пачаў зьнішчальны абстрэл усходніх валоў Замку з выкарыстаньнем запальных ядраў. Яны дашчэнту раструшчылі ізьбіцы з 40 гародняў, білі нават у дамы, схаваныя за валамі. Шмат людзей палегла як на валох, так і ў дамох, гінулі таксама тыя, хто сьпяшаўся гасіць усё большыя пажары. У нядзелю вечарам
стральцы падпалілі гарадзкі вал у некалькіх месцах адразу. Цар загадаў уладыку Каломенскаму з усімі духоўнікамі пайсьці ў царкву і маліцца да Збаўцы, да Багародзіцы і да ўсіх цудатворцаў, а сам загадаў свайму палку падрыхтавацца да штурму. Князю Ўладзімеру Андрэевічу і татарскаму цару Сямёну Касаевічу, усім ваяводам і палкам загадаў стаяць напагатове. За дзьве гадзіны да сьвітаньня гасудару далі знаць, што з гораду выходзяць уладыка і ваявода Двойна, запэўніваючы ў капітуляцыі замку.
Быў панядзелак 15 лютага 1563 г.
Перад абліччам пажару і маскоўскай падрыхтоўкі да генэральнага штурму полацкі ваявода выйшаў з замку, згаджаючыся на безумоўную капітуляцыю. На вестку пра гэта збунтаваліся польскія роты Вяшхлейскага і Хэлмскага і з падтрымкай полацкай шляхты рыхтаваліся працягваць супраціў. Гэта дало нечаканы эфэкт, бо Іван IV дазволіў пачаць зь імі асобныя перамовы, на якіх яны запэўнілі сабе свабодны адыход разам з усім сваім скарбам. Яшчэ большае зьдзіўленьне цар выклікаў, калі ня толькі стрымаў абяцаньне, але і запрасіў чатырох польскіх ротмістраў у госьці і адарыў кажухамі, абшытымі золатам.
Ня мелі такога шчасьця ліцьвіны і іншыя жыхары гораду.
Татары манахаў-бэрнардынаў пасеклі, жыдоў усіх у Дзьвіне патапілі, а полацкага ваяводу Двойну з жонкай і ўладыку, і пана Яна Глябовіча, ваяводзіча віленскага, Няміровічаў, Есьманаў, Корсакаў і багата слаўнай шляхты, таксама ўсіх полацкіх мяшчан, якіх пазбавілі ўсіх вялікіх скарбаў у парушэньне дамовы, у турму загрэблі і ў Маскву потым, як жыдоў у Бабілён загналі.
Беларускія гісторыкі нядаўна паставілі пад пытаньне факт масавых пакараньняў часткі жыхароў Полацку, сьцьвярджаючы, што пра гэта згадваюць крыніцы, якія паўсталі празь некалькі гадоў пасьля падзеньня Полацку, дый тое найчасьцей іншаземныя. Не пацьвярджаюць іх таксама рускія летапісы, дый паслы Жыгімонта Аўгуста ня скардзіліся на разьню падчас візыту ў цара.
Полацак патрапіў у рукі Івана IV адносна малым коштам. Маскоўская армія страціла каля 100 забітымі, у тым ліку 66 стральцоў. У рукі пераможцаў патрапіла 20 гармат, арсэнал, царкоўныя скарбы і сабраныя тут каштоўнасьці полацкай шляхты.
Ужо 15 лютага ў Замак увайшлі царскія ваяводы Васіль Сярэбраны і Петар Гарэскі, каб заняць яго валы і падрыхтавацца да ўрачыстага ўезду цара. Апошні зьявіўся пад горадам у чацьвер 18 лютага разам з казанскім царом, князямі
і з усімі ваяводамі і дастойнікамі, пастроенымі паводле іх стану, рушыў у кірунку сваёй вотчыны — Полацку, а, дайшоўшы да гарадзкога рова, зьлез з каня. Ад гарадзкога валу праз спалены пасад яго вёў каломенскі ўладыка Варлам і чуднаўскі архімандрыт Леўкія, восіпаўскі ігумен Лявонці і ўсё астатняе духавенства, якое ішло праз горад Полацак з цудатворным абразам прачыстай Багародзіцы і іншымі абразамі цудатворцаў. Сам цар і вялікі князь ішоў за цудатворнымі абразамі, а зь ім князь Уладзімер Андрэевіч і казанскі цар Аляксандар, і баяры, і ваяводы, і ўсе дастойнікі. У вялікай полацкай браме [г. зн. Замкавай — Д. К.] цара і вялікага князя сустрэў пратапоп з Сафійскім крыжам і сьвятасьцямі сабору сьв. Сафіі, а таксама полацкае духавенства. Цар і вялікі князь падзякавалі Богу і прачыстай Багародзіцы, што дазволілі ім убачыць іх абразы. І падышоў да сабору сьв. Сафіі, а калі ўваходзілі ў храм, сафійскі пратапоп пачаў разам з усім духавенствам сьпяваць малітвы.