У благоразумного князя Воротынского в первых рядах шли стрелецкие полки-приказы во главе с Иваном Черемисиновым, Григорием Жолобовым, Дьяком Ржевским и другими «головами»-полковниками. По приказу Михаила Ивановича они поспешили на помощь к своим. Не медля, стрельцы развернули пушки и накрыли противника плотным орудийным и пищальным огнем. С казанских стен и башен загремели ответные выстрелы, и «бысть сеча велика и преужасна, от пушечного бою, и от пищального грому, и от гласов и вопу кричания от обоих (сторон. —
Стрельцы били без промаха и вскоре привели неприятеля в ужас. В панике враг побежал, забивая прицельно обстреливаемые из пушек ворота города, заваливая трупами мосты.
Разгром татарской вылазки Воротынский довершил контратакой. Стрельцы утвердились на краю городского рва и усиленным огнём не давали неприятелю высунуться из-за стен, пока их товарищи катили и устанавливали в 50 саженях от города заранее приготовленные плетеные туры, которые тут же забивали землей. Стрельцы и казаки получили приказ, используя растерянность казанцев, «против города закопаться во рвы» и энергично замахали лопатами.
Но казанцы быстро поняли грозившую городу опасность. Они во что бы то ни стало должны были отбросить людей Воротынского от стен и атаковали, не считаясь с потерями. Расстреливаемые в упор, казанцы лезли на туры и бросались врукопашную весь день и всю ночь. Умело применяя защитные сооружения, русские почти не несли потерь. Защитники же города после отступления недосчитались немалого числа мурз и множества простых воинов.
Тем временем россияне в течение нескольких дней под огнём со стен (весьма неточным, ибо стрелять татары заставляли русских же пленников, прикованных цепями) окопали весь город шанцами, настроили по проекту дьяка Выродкова батарей и установили артиллерию. Всего город обстреливало около 150 орудий, самое малое из которых имело полторы сажени в длину.
Пушечные батареи дополнялись подтянутыми под самые стены тяжёлыми мортирами для истребления неприятеля внутри города. Первые же залпы русской артиллерии освободили стены и башни Казани от пушек, сбитых прочь точными выстрелами пушкарей. Не удавалось избавиться только от мушкетного обстрела, приводившего к ощутимым потерям.
По плану Ивана Григорьевича Выродкова Казань за семь дней была окружена двумя параллельными линиями туров с батареями; на крутых местах строились надолбы. Бойницы внутренних укреплений были обращены к городу, а внешних — в поле, поскольку казанцы постоянно налетали со всех сторон. Неуловимый Япанча со своими всадниками нападал на строителей и коноводов, охотился за заготовителями конского корма.
Стоило муллам Казани вынести на высокую башню громадное зелёное знамя ислама и помахать им в воздухе, как конные полки вырывались из лесов и всей мощью наваливались на россиян. Тотчас открывались ворота города, и казанцы шли на вылазку, сражаясь с невиданной храбростью.
Теперь, когда казанцы бились не за крымского ставленника, а за собственные дома, борьба стала крайне ожесточённой. Воодушевление охватило и русских ратников. Даже Иван Фёдорович Мстиславский, никогда не отличавшийся рвением, бросился на отражение вылазки, был ранен, но пленил вражеского военачальника.
Во время одной из вылазок на батареи тяжёлых орудий десятитысячный русский полк был оттеснен с укреплений и только своевременно подоспевшее муромское дворянство обратило неприятеля в бегство.
28 августа Передовой полк Ивана Ивановича Турунтая-Пронского и Дмитрия Ивановича Хилкова с огромным напряжением и помощью других полков отбросил неприятеля в сече на Арском поле. На следующий день войска Япанчи угрожали полкам Щенятева и Курбского, Дмитрия Фёдоровича Палецкого и Алексея Адашева, отвлекая большие силы на оборону наружного пояса осады.
Вылазки и набеги казанцев участились. Доходило до того, что ратникам некогда было и сухарь спокойно съесть. Едва не каждую ночь воинство пребывало без сна, отряды же казанцев были неуловимы. На военном совете в царском шатре храбрейшие воеводы вызвались положить конец набегам Япанчи. Александр Борисович Горбатый, Семён Иванович Микулинский-Пунков и Давыд Фёдорович Палецкий с товарищами взялись заманить Япанчу в засаду.
30 августа Александр Борисович с конницей выехал на Арское поле, как бы предлагая себя неприятелю. Стрелецкую и поместную пехоту он послал в обход поля лесом. Князь Юрий Иванович Шемякин-Пронский скрытно обходил поле с другой стороны.
В третьем часу дня передовые отряды казанской кавалерии напали на охрану у русских укреплений, которая, избегая схватки, отступила. Пока казанцы гарцевали у шанцев, осыпая их стрелами, в поле выступили главные пешие и конные полки Япанчи. Заманивая их, Горбатый под градом стрел медленно отступал, пока последние ряды неприятеля не вышли на поле.