Весной 1554 г., как сошел лед, 30-тысячное русское войско под начальством князя Юрия Ивановича Пронского-Ше-мякина поплыло по Волге под Астрахань. Туда же отправились вятские служилые люди под начальством князя Александра Вяземского.
У Черного острова, вблизи нынешнего Волгограда, князь Вяземский встретился с головным отрядом астраханцев. Татары были быстро разбиты. Пленные показали, что основные силы Ямгурчея стоят в пяти верстах ниже Астрахани.
Князь Пронский на судах быстро двинулся на Астрахань, а Вяземскому приказал атаковать войско Ямгурчея. Но татары не стали оборонять город и бежали. Пронский вступил в пустой город, Вяземский также не нашел никого в татарском стане. Сам Ямчургей ускакал с небольшим отрядом в Азов. Своих жен и детей хан отправил на судах вниз, к Каспию. Однако русские гребные суда перехватили царский караван и захватили многочисленное ханское семейство.
В своем обозе русские воеводы привезли татарам и нового хана Дербыш-Алея. Ранее Дербыш-Алей самостоятельно правил Астраханью, но затем был свергнут и бежал на Русь, где несколько лет безбедно прожил в Звенигороде.
Воеводы наловили по окрестностям прятавшихся там астраханцев около трех тысяч (считались только мужчины), привели их в Астрахань и велели быть подданными Дербыш-Алея. Всем окрестным татарам под страхом смерти было приказано выдать русских рабов. Так было освобождено несколько тысяч русских людей.
Князь Пронский обязал нового хана давать московскому государю каждый год по 40 тысяч алтын да по 3 тысячи рыб; рыболовам русским царским ловить рыбу в Волге от Казани до Астрахани и до самого моря «безданно и безъявочно, астраханским же рыболовам ловить с ними вместе безобидно». Если умрет царь Дербыш-Алей, то астраханцы не должны тогда искать себе другого царя, а должны бить челом государю и его детям. Кого им государь на Астрахань пожалует, тот и будет им люб. По утверждении этих условий шертной грамотой воеводы отправились в Москву. Всех астраханских пленников отпустили, взяли с собой только цариц с детьми и освобожденных русских невольников.
Занятие русскими Астрахани происходило на фоне междоусобиц в соседних ногайских Ордах, где мурза Измаил воевал со своим братом Юсуфом и племянниками. Вскоре Измаил убил брата Юсуфа и начал подкапываться под астраханского хана Дербыша. Измаил отправил несколько посланий Ивану IV, где просил его ввести непосредственное царское правление в Астрахани и убрать оттуда нелюбимого Дербыша.
Доносы Измаила вскоре подтвердились: весной 1556 г. Дер-быш соединился с отрядом крымских татар и выбил небольшой русский отряд Мансурова из Астрахани. Мансуров отступил к Переволоке. Из 500 человек у него осталось 308. Иван IV срочно послал по Волге Мансурову 50 казаков, и 500 конных казаков пришло с Дона под командой Ляпуна Филимо-новича. Казаки Ляпуна двинулись к Астрахани, Дербыш и компания бежали в Азов к туркам, а русские во второй раз мирно вошли в Астрахань. Ногайцы после очередной усобицы помирились без участия русских. Сыновья Юсуфа помирились с дядей Измаилом, убийцей их отца, и заявили о принятии русского подданства. Так устье Волги окончательно закрепилось за Московским государством.
Первоначально в Стамбуле не придали особого значения присоединению Астрахани к Москве. У султана Сулеймана II хватало забот и в других частях своей обширной империи, и он понадеялся, что крымские татары и ногайцы вытеснят русских из низовий Волги. Лишь в сентябре 1563 г. султан Сулейман II послал гауша (чиновника высокого ранга) к крымскому хану с приказом готовиться в 1564 г. к походу на Астрахань. Намерение султана очень напугало… хана Девлет Гирея. Крымские ханы меньше всего хотели военного присутствия Турции на Дону и Волге, что неизбежно сделало бы их из полунезависимых правителей бесправными подданными султана. Занятие же отдаленной Астрахани русскими не представляло, по мнению Гиреев, непосредственной угрозы Крыму. Кстати, в этом они были недалеки от истины. Действительно, Астрахань никогда не использовалась как база для похода в Крым.
В Стамбул из Крыма полетели отписки: этим летом к Астрахани идти нельзя, потому что безводных мест много, а зимой к Астрахани идти — турки стужи не поднимут, к тому же в Крыму голод большой, запасами подняться нельзя.
На следующий год Девлет Гирей постарался вовсе отклонить султана от похода на Астрахань. «У меня, — писал он, — верная весть, что московский государь послал в Астрахань 60 000 войска; если Астрахани не возьмем, то бесчестие будет тебе, а не мне; а захочешь с московским воевать, то вели своим людям идти вместе со мною на московские украйны: если которых городов и не возьмем, то по крайней мере землю повоюем и досаду учиним».