Действия Девлет-Гирея оказались полной неожиданностью для русского командования. В этой критической ситуации Иван принял решение оставить войско. Царь объяснял свой шаг тем, что не был предупрежден земскими воеводами о передвижениях орды: «Передо мной пошло семь воевод со многими людьми, и они мне о татарском войске знать не дали… а хотя бы тысячу моих людей потеряли, и мне бы двоих татар привели, и то бы с великое дело счел, а силы бы татарской не испугался». Легче всего объяснить поступок царя трусостью, как это и сделало большинство историков. На самом деле никакой трусости не было — Иван поступил так же, как поступали до него все московские князья, когда они чувствовали недостаток сил для отражения татарского вторжения: в этом случае они бросали столицу и ехали на север собирать полки (точно так же «струсил», например, князь Дмитрий Донской — уже после победы на Куликовом поле, — когда позволил хану Тохтамышу сжечь Москву). Хрестоматийное выражение Кутузова гласит, что «с потерею Москвы не потеряна Россия». К тому же Грозный и не думал «терять» Москву; по его приказанию опричное войско присоединилось к земскому, чтобы вместе отстаивать столицу.
Воеводы спешно повели войско к Москве. Татарская конница наседала сзади, причиняя русским чувствительные потери: так, был полностью разгромлен Сторожевой полк опричного войска. В стычках был ранен главный воевода князь Иван Бельский. 23 мая русское войско укрылось за московскими укреплениями, заняв южные и юго-восточные кварталы города. Татары стали под городом и спалили загородный царский двор в селе Коломенском и весь хлеб, хранившийся в подмосковных селах.
24 мая был праздник Вознесения; погода стояла тихая и ясная. Ратники готовились отразить нападение, однако татары не отваживались на приступ и только пытались зажечь слободы. Вероятно, войскам при помощи москвичей удалось бы справиться с пожарами, но вдруг «поднялась буря с таким шумом, как будто обрушилось небо». Пламя с ужасающей быстротой стало распространяться по посаду. Первое время, под звуки набата, раздававшиеся из всех церквей и монастырей, люди еще пытались бороться с огнем; но когда колокола один за другим начали срываться с объятых пламенем звонниц и падать на землю, в городе воцарилась неописуемая паника, чему в немалой степени способствовали взрывы в пороховых погребах Кремля и Китай-города, от которых «вырвало две стены у Кремля». Москвичи повыскакивали из домов и бросились к северным воротам, где еще не было ни огня, ни татар. «Улицы были так полны народу, что некуда было протиснуться», — пишет очевидец. У ворот поднялась невообразимая давка, люди «в три ряда шли по головам один другого, и верхние давили тех, которые были под ними». Вместе со всеми бежали и ратники, смешавшиеся с толпой; они гибли не от вражеского оружия, а от огня и удушья. Штаден утверждает, что после пожара «в живых не осталось и 300 боеспособных людей». Тех, кто пытался отсидеться в погребах и подвалах, ждала неминуемая смерть от страшного жара. Позже, в одном таком подвале, за железной дверью, нашли десятки
Шесть часов бушевал огонь (по другим известиям, пожар продолжался три часа) и утих сам собой, истребив все, что могло гореть, в том числе и опричный дворец царя, возведение которого стоило огромных средств. «После пожара, — говорит современник, — ничего не осталось в городе — ни кошки, ни собаки». Посреди дымящихся развалин, заваленных грудами обгоревших трупов людей и животных, возвышался один полуразрушенный Кремль.
Поживиться в Москве было нечем. На другой день Девлет-Гирей, наблюдавший пожар из окрестностей села Коломенского, так и не вступив в Москву, повел орду назад в степь по Рязанской дороге. По пути он «положил впусте у великого князя всю Рязанскую землю…». Подобного разорения здесь не помнили со времен Батыя. Цветущая земля была превращена в пустыню. «Рязанская земля такая прекрасная страна, — пишет один иностранец, — что подобной ей я и не видывал. Если крестьянин высевает 3—4 четверти, то ему еле-еле хватает сил, чтобы собрать урожай. Земля тучна… В этой стране много лип, а в них пчел и меду…»; теперь «большая часть дворов и острогов стоят в ней пустыми, остальные сожжены». Татары разорили 36 городов к югу от Оки. Крымский посол в Польше рассказывал о баснословной добыче, захваченной ханом в этом походе; помимо прочего, он уверял, что татары захватили на Руси 60 000 пленников и еще такое же количество людей умертвили.