Считается, что по политическим мотивам царь оказывал предпочтение литовскому браку. И только в том случае, если бы не удалось жениться на литовской княжне, Иван был готов взять шведскую или черкесскую невесту. С дипломатической точки зрения объединение со шведским королевским домом могло быть полезным для оказания давления на Литву, а супружеские узы с черкесской княжной помогли бы получить черкесскую поддержку в войнах с крымскими татарами. В качестве своего посланника в Вильно царь выбрал окольничего Федора Ивановича Сукина. 18 августа тот получил соответствующие верительные грамоты и инструкции, согласно которым должен был вести по поводу предполагаемой женитьбы царя как официальные переговоры, так и конфиденциальные беседы.
У Сигизмунда Августа было две незамужние сестры Анна и Катерина. Согласно царским наставлениям первым заданием Сукина было осторожно выяснить, какая из них обладает лучшим характером и большей красотой. Царский посланник прибыл в Вильно 28 сентября, где он и его спутники были тепло приняты при дворе Сигизмунда Августа. Получив приветствие от Ивана IV, Сигизмунд приказал четырем членам своего тайного совета вступить в переговоры с московской делегацией. Это были Валериан, архиепископ Вильни, Николай Янович Радзивилл Черный, воевода Вильни, судебный исполнитель Остафий Волович и секретарь Ян Шимков. Переговоры начались с обсуждения вопроса о московско-литовском союзе. Как и прежде, литовцы настаивали на выводе московских войск из Ливонии. Вслед за этим внимание было уделено матримониальным делам.
К тому времени Сукин собрал достаточное количество конфиденциальной информации, что позволило ему выбрать в качестве предполагаемой невесты Ивана IV Катерину, и он объявил об этом членам тайного совета. Сначала литовцы ответили, что королю не пристало выдавать замуж младшую сестру прежде старшей, но затем согласились вести переговоры по поводу Катерины. Они настаивали на том, чтобы в случае брака с Иваном IV она осталась в лоне Римско-католической церкви. Кроме того, они подчеркивали необходимость заключения политического союза до бракосочетания. Сукин просил личной встречи с Катериной, чтобы персонально передать ей приветствие царя. В этом ему отказали, но позволили взглянуть на царственную княжну издалека, когда она будет выходить из собора после воскресной мессы. В то воскресенье после мессы король со своими двумя сестрами стоял некоторое время перед собором. Король беседовал с виленским воеводой, а Катерина бросила взгляд на окно того здания, из которого московские послы подсматривали за ней. В своем докладе Сукин отметил: «И мы не знали, была ли королевна осведомлена о нашем пребывании там или нет». Сукин вернулся в Москву 10 ноября и привез Ивану IV письмо короля Сигизмунда Августа. Король вновь говорил о том, что препятствием к соглашению является присутствие московских войск в Ливонии. 6 февраля 1561 года королевские послы Ян Шимков и Ян Хайка прибыли в Москву для продолжения переговоров.
Чтобы парировать московские притязания на Ливонию, послы заявили, что король, со своей стороны, мог бы потребовать возвращения Новгорода, Пскова, Смоленска и Северской земли. Из-за этих взаимных притязаний никакого соглашения не могло быть достигнуто. Впрочем, есть и иная версия — Катерина любила другого человека. Она по любви вышла замуж за герцога Финляндии Юхена, немало поначалу из-за этого претерпела, в том числе не без участия Ивана Грозного, но в конце концов стала королевой Швеции, великой герцогиней Финляндской и матерью будущего польского короля Сигизмунда III Вазы. Ее старшая сестра Анна долго не выходила замуж, хотя предложений хватало. Наконец, в 1576 году на польский престол был избран трансильванский князь Стефан Баторий при условии, что он женится на Анне. После свадьбы сорокатрехлетняя королева почти постоянно жила в Варшаве, которая во многом обязана ей своими украшениями и постройками. Потеряв мужа в 1586 году, она сделала все, чтобы на польский престол был избран ее племянник Сигизмунд III Ваза.
Как бы то ни было, царь осознал тщетность дальнейших переговоров с королем и в августе 1561 года женился на княжне Марии Черкесской, а Сигизмунд II Август предпринял решительные шаги к тому, чтобы обеспечить польско-литовский контроль над Ливонией. В июне 1561 года его войска вошли в эту страну. В конце того же года ливонский магистр Кетлер, архиепископ Риги и некоторые другие представители Ливонии прибыли в Вильню и выразили свое согласие на вхождение Ливонии в состав Польши и ВКЛ. Литва возложила на себя ответственность за оборону Ливонии (по-польски Inflanty), а 28 ноября 1561 года Курляндия стала вассальным герцогством ВКЛ с герцогом Кетлером во главе. Полномасштабная война Великого княжества Литовского в союзе с Польшей против Московского государства стала почти неотвратимой.
