Замойский считал стычки бесполезной тратой сил. «Тот, кто лезет на неприятельскую пулю, еще не доказывает своего мужества, — говорил он. — Кто хочет сослужить службу Речи Посполитой и королю, пусть подождет штурма». Затем он приказал свозить хворост и плести корзины, чем армия и занималась целых три дня. В ночь с 1-го на 2 сентября осаждавшие начали проводить траншеи: венгры против Покровской башни, поляки против Свинузской. Работы велись так тихо и острожно, что караулы заметили их только в полночь. Осажденные открыли стрельбу и сделали вылазку, правда неудачную.
Осадные работы продолжались четыре дня, так как почва возле башен была местами камениста. Кроме того, работали только поляки и венгры, а немецкие наемники отказались участвовать в рытье траншей до тех пор, пока им не будет выплачено жалованье. Все это время русские стреляли по траншеям тяжелыми ядрами и скатывали в них громадные камни, — впрочем, все это без особого вреда для осаждавших. Главным оружием псковичей поневоле была ругань, которая не утихала на стенах с утра до вечера.
— Где тут вам победить нас! — кричали осажденные. — Вы увидите, что мы вас зароем, как собак, в тех ямах, которые вы копаете!
Поляки и венгры между тем провели пять траншей вдоль и семь поперек, чтобы штурмующие могли сообщаться друг с другом и подавать помощь.
5-го и 6 сентября осаждавшие ставили орудия и 7 сентября открыли стрельбу по Покровской и Свинузской башням. Канонада велась непрерывно, стены трескались, и от сыпавшегося щебня дым стоял столбом. Русские вынуждены были снять свои пушки с этих башен.
Венгры сделали брешь в стене раньше поляков и готовы были тотчас броситься на штурм. Баторий одобрял их горячность, но Замойский настоял на том, что надо подождать подкреплений и еще больше расширить пролом. Король согласился с ним, хотя запасы пороха были на исходе и существовала опасность, что пушки замолчат раньше, чем начнется штурм.
Наконец поляки тоже сделали пролом. Венгры рвались на приступ. Чтобы подействовать на короля, они привели к нему гайдука, который заявил, что ему удалось подкрасться к бреши, сделанной венграми, и что, по его мнению, взобраться на стену по грудам щебня и мусора будет достаточно легко. Но по совету осторожного Замойского это сообщение решили проверить.
Тотчас явились охотники и добровольцы, чье усердие весьма понравилось королю. Они надевали на латы белые сорочки и вывешивали перед своими палатками знамена, чтобы привлечь к разведке побольше участников. Каждый из них, облачившись в чистое белье, с обнаженным мечом заходил к товарищам, прощался и писал завещание.
А осажденные готовились отразить приступ. Духовенство с молитвой обнесло вокруг стен чудотворную икону Успения Богородицы, осенило крестами и окропило святой водой проломы. Воеводы распорядились возвести позади проломов деревянные стены, расставили пушки и расположили стрельцов. На военном совете было принято решение биться с врагом до последней возможности.
По плану Замойского участники штурма были разделены на три части: разведывательный отряд, собственно штурмующие и резерв. Разведчикам предписывалось пробраться в проломы и подать сигнал, можно ли идти на приступ. Солдаты резерва должны были оставаться у батарей и ждать распоряжений гетмана.
Около полудня 8 сентября в лагере Батория раздался барабанный бой. По этому сигналу вся кавалерия выехала и окружила город, а штурмующие колонны заняли свои позиции. Король выбрал местом своего нахождения колокольню Святого Николая Мученика в полуверсте от города. Раздались залпы из орудий и ружей, чтобы согнать стрельцов со стен, и разведчики отправились выполнять свое задание. Вскоре они дали знать, что можно начинать штурм.
Первыми на приступ бросились венгры, за ними последовали остальные. У рва в рядах штурмующих произошло некоторое замешательство, ибо многим солдатам показалось, что брешь недостаточно велика. Но венгры увлекли колеблющихся за собой и одним ударом овладели Покровской башней, на которой вывесили четыре королевских знамени. Это вызвало ревность в поляках, и они дружным натиском ворвались в город через вторую брешь и овладели Свинузской башней. Яростный напор штурмующих поначалу навел на псковичей страх, они побежали, но вскоре опомнились, возвратились и вступили в бой, побуждаемые к этому угрозами и слезными просьбами князя Ивана Шуйского и других воевод, а также видом икон, мощей и хоругвей, которые велел вынести навстречу бегущим Печорский игумен Тихон, совершавший богослужение в Троицком соборе.