Войска выступили летом 1552 года из Москвы. Казань была ограждена высокими деревянными стенами с укреплениями. С двух сторон город был защищён труднодоступными речками, ещё с одной — глубоким рвом.
Осада началась в конце августа. Несмотря на активное сопротивление татар, русские войска превосходили по численности и мощи артиллерии. Они применяли боевые башни, осадные орудия, минные подкопы. Татары делали вылазки и пытались атаковать войска, но безрезультатно.
По свидетельствам Андрея Курбского, в Казани было 30 000 воинов, другая часть войск расположилась вне крепости и атаковала русские тылы. Вылазки совершались организовано, по знаку: когда на городской башне поднималось мусульманское знамя, одновременно со всех ворот и из леса на царские полки нападали враги. Три недели ежедневно атаковали казанцы, но все их набеги удалось отразить.
1 октября началась подготовка к взятию Казани: рвы засыпали землёй и брёвнами. На следующий день взорвали городские стены: царские полки пошли на штурм. Много часов на улицах Казани продолжались ожесточенные бои.
В результате Казанское ханство было присоединено к России.
«По городу татаринок погуливает,
Над нашим над царем насмехается:
"Не взять тебе Казань город ни во сто лет,
Ни во сто лет, ни во тысячу годов!"
На это наш государь приразгневался,
Приказал наш государь под Казань город,
Под Казань город подкопы подкопати».
