Тем временем осадные работы продолжались. Верстах в двух за станом, тайно, построили башню в шесть саженей вышиной и, установив на ней десять пушек, подкатили ее к Царским воротам. Пушкари стреляли с башни в город и побивали много народу. Осажденные укрывались в ямах, выкопанных под городскими воротами и стенами. Выползая из этих нор, как змеи, они бились беспрестанно, день и ночь, с осаждавшими. Особые усилия казанцы прилагали, чтобы не допустить русских придвинуть туры ко рву. Тем не менее князь Михаил Воротынский сумел поставить туры у рва против Арской башни и Царских ворот; затем русские разошлись обедать, оставив подле укреплений немногих людей. Заметив эту оплошность, казанцы повылезали изо всех нор и неожиданно напали на туры. Русские караулы дрогнули и побежали. Но воеводы успели построить полки и ударили на казанцев, которые были сбиты в ров; русские били их и там, но они уползли в свои норы. Это дело стало одним из кровопролитнейших для обеих сторон. Сам князь Воротынский получил несколько ран и спасся от смерти лишь благодаря прочности своего доспеха.
Осада Казани длилась вот уже пять недель, а конца ей все не предвиделось. Видя, что огонь русских пушек не причиняет большого вреда осажденным, царь велел сделать подкоп под тарасы (деревянные сооружения перед воротами) и норы, выкопанные возле ворот, и, как только их взорвут, придвинуть туры к самым воротам. 30 сентября тарасы взлетели на воздух вместе с людьми; бревнами в городе побило множество народа, остальные оторопели от ужаса: пули и стрелы перестали лететь из Казани. Пользуясь бездействием осажденных, воеводы утвердили туры возле Царских, Арских и Аталыковых ворот. Наконец казанцы опомнились и с ожесточением напали на русских. В это время Иван сам показался у города. Увидев государя, русские с удвоенным рвением ударили на неприятеля, схватились с ним в воротах и на мостах, у стен, бились копьями и саблями, хватали казанцев голыми руками и стаскивали вниз. Дым от пушечной и пищальной пальбы накрыл город и сражающихся. Наконец русские одолели, взобрались на стену и заняли Арскую башню. Князь Михаил Воротынский послал сказать царю, что надобно воспользоваться удачей и повести общий приступ. Однако остальные полки не были приготовлены к битве, и по царскому приказанию воинов почти насильно вывели из города. Стены, ворота и мосты были зажжены, а в Арской башне утвердились стрельцы. Мосты и стены горели целую ночь. Воеводы велели своим ратникам на занятых проломах заставиться крепкими щитами и засыпать землей туры. Татары тоже работали: ставили против поврежденных стен срубы и засыпали их землей.
На другой день, 1 октября, царь велел наполнить рвы лесом и землей, устроить мосты и бить из пушек непрестанно. Стреляли весь день и сбили до основания городскую стену. Общий приступ назначен был на следующий день, в воскресенье. Во всех полках ратным людям велено было очистить душу, исповедаться и причаститься накануне рокового дня. Но прежде решительного приступа царь снова отправил к городу Камая-мурзу с предложением сдаться. Однако казанцы в один голос ответили: «Не бьем челом! На стенах Русь, на башне Русь — ничего: мы другую стену поставим — и все помрем или отсидимся!» Осажденные сами решили свою участь. Услышав их ожесточенно-отчаянный ответ, Иван произнес: «Премилосердый Боже! Да будет эта кровь на них и на детях их!» Решено было взорвать подкопы и всеми силами ударить на город перед рассветом.
Всю ночь с субботы на воскресенье шли приготовления. Из города заметили необычное движение в русском стане, поняли, в чем дело, и тоже изготовились к последнему смертному бою.
Занялась заря. Небо было ясное, чистое. Казанцы, готовые к бою, стояли на стенах, русские — за турами. Ни с той ни с другой стороны не стреляли. Время от времени звучали то там, то здесь трубы и бубны — и снова наступала полная тишина, томительная, зловещая, словно затишье перед грозой… Иван перед рассветом беседовал наедине со своим духовником, затем стал надевать свой доспех, как вдруг ему почудился колокольный звон из Казани. «Слышу, — сказал царь своим приближенным, — звон как будто Симонова монастыря!» Это было принято за доброе предзнаменование. Царь пошел к заутрене в свою походную церковь. Князь Воротынский уведомил его, что Розмысл все уже приготовил, 48 бочек пороху под город подведено, и мешкать более нельзя ни минуты, потому что казанцы заметили приготовления. Царь послал возвестить по всем полкам, чтобы изготовились к бою, разослал от себя всех воевод по местам, сам остался слушать обедню.