Хотя царь, видимо, и рассчитывал на долгую осаду, но всё-таки изыскивал всякие способы ускорить взятие города. И вот 31 августа он призвал «немчина розмысла навычного градскому разорению» (то есть инженера, искусного в разорении городов) и велел ему сделать подкоп под Казань от реки Булака между Аталаковыми и Тюменскими воротами. Потом призвал Камая-Мурзу и русских пленных, выбежавших из Казани, и спросил у них, откуда казанцы берут воду. Ему сказали, что есть у казанцев тайник (подземный ключ) в берегу реки Казанки, у Муралеевых ворот (теперь «Тайные» ворота), а ходят к нему подземным путём. Царь сперва приказал воеводам сторожевого полка, князю Василию Серебряному и Семёну Шереметеву, уничтожить тайник, но воеводы отвечали, что этого сделать нельзя, а можно подкопаться под тайник от каменной Даировой бани, занятой уже русскими казаками. Царь послал для этого Алексея Адашева и розмысла, но последнему велел для подкапывания тайника отрядить учеников, а самому надзирать за большим подкопом под город. День и ночь работали над подкопом под тайник целые пять дней; наконец подкопались под мост, куда ходили казанцы за водою; сам князь Серебряный с товарищами вошёл в подкоп и, услыхав над собою голоса людей, едущих с водою, дал знать государю. Царь велел поставить под тайник 11 бочек пороху (зелия), и 4 сентября тайник взлетел на воздух вместе с казанцами, шедшими за водой; поднялась на воздух часть стены, и множество казанцев в городе было побито камнями и брёвнами, падавшими с огромной высоты. Казанцы обмерли от ужаса. Русские отряды стремительно кинулись в пролом. Многие особенно рьяные удальцы ворвались в город с громким криком, «как львы рыкали (по словам летописи), свирепо безбожных татар убивали и множество их положили». Но казанцы очнулись от страха и отразили русских. Царь на этот раз удержал войско от нового приступа. В городе распространилось уныние. Многие думали, что дольше защищаться нельзя. Но более упорные взяли верх, стали копать землю в разных местах и дорылись до нового ключа. Вода в нём была смрадная и вредная: иные болели от неё, пухли; другие воздерживались насколько могли от питья, терпели нужду, но молчали и сражались.
6 сентября был взят с большим кровопролитием острог (укрепление), построенный казанцами в 15-ти вёрстах от города на Арском поле, на горе между болотами, где соединились остатки разгромленного войска наездника Япанчи. Во главе отряда шёл князь Семён Микулинский; с ним были бояре Данила Романович и Захарий Яковлев, князья Булгаков и Палецкий, головы царской дружины, дети боярские; стрельцы, атаманы с казаками, темниковская мордва и горные черемисы, служившие проводниками. Срубленный городнями, насыпанный землёю, укреплённый засеками, острог казался неприступным. Воины сошли с коней и вслед за неустрашимыми вождями, через болото, грязную дебрь, чащу леса, под градом пускаемых на них стрел, без остановки взлезли на высоту с двух сторон, отбили ворота, взяли укрепление в 200 пленников. Тела неприятелей лежали кучами. Взяв острог, воеводы пошли к Арскому городищу, воюя и пожигая сёла. От Арского городища они возвратились к Казани другою дорогою, повоевали всю Арскую сторону, многих людей побили, жён и детей в плен взяли, а христиан многих из плена освободили. Воевали они на 150 вёрст поперёк, а в длину до самой Камы; выжгли сёла и пригнали к Казани в полки множество скота, так что корову можно было теперь купить за 10, а вола за 20 денег. Царь и войско были в большой радости.