Появление в 1607 году второго "счастливо спасшегося царевича Дмитрия" окончательно поставило Россию с ног на голову, открыв польским интервентам дорогу в центральные области России, которые добровольно или после незначительного сопротивления признавали власть самозванца. 8 октября 1608 года ярославский воевода Фёдор Барятинский добровольно сдал полякам, осаждавшим Троице-Сергиеву лавру, Ярославль, но ярославцы не смирились с оккупацией, саботаж и нападения на поляков в городе стали нормой, в декабре 1608 года в Ярославле вспыхнуло восстание против шедших на Кострому и Галич лисовчиков, которое поляки очень быстро подавили. Польская оккупация Ярославля закончилась 7 апреля 1609 года, когда вологодская рать во главе с воеводами Никитой Вышеславцевым, Силой Гагариным и Евсевием Рязановым в бою у села Григорьевского наголову разбили выступивших им навстречу из Ярославля поляков, а восставшие ярославцы, перебив оставшийся в городе гарнизон, открыли правительственным войскам городские ворота, но поляки не смирились потерей, грозившей им крахом осады Троице-Сергиевой лавры и вознамерились вернуть его обратно.
К предстоящей решающей битве с интервентами ярославцы стали готовиться загодя, едва те вылетели из города: в срочном порядке были реконструированы Земляной город и Рубленный город, в придачу к ним были возведены укрепления вокруг неукреплённых посадов, под ружье встали все ярославцы, способные держать в руках оружие, в том числе монахи Спасо-Преображенского монастыря, а также ратники из Пошехонья, Вологды, Костромы, Галича, Ростова, Архангельска, служилые татары из Романова, а также английские, голландские и датские купцы. Против Ярославля командовавший войсками интервентов, осаждавших Троице-Сергиеву лавру, Ян Сапега выделил польские полки под командованием Яна Микулинского, Юзефа Будило, Адама Ружинского и ростовский полк воеводы Ивана Наумова. Вечером 30 апреля (10 мая) войска интервентов подошли к Ярославлю и сразу бросились на штурм города, в котором им первоначально улыбалась удача, они преодолели наскоро сделанные укрепления ярославских посадов и принялись за их грабёж, что позволило защитникам города перехватить инициативу, организованно отступив в Земляной город и Спасо-Преображенский монастырь, ставшие главными укреплениями Ярославля в этом сражении.
Когда интервенты поняли свою ошибку, было уже слишком поздно, основные укрепления Ярославля были заняты его защитниками и стали абсолютно неприступными, а артиллерию, способную с ними справиться, интервенты с собой не взяли, поэтому при штурме Ярославля им пришлось импровизировать, начав с массированных психических атак пехоты и конницы, подгоняемых стоявшими сзади лучниками, но ни к чему, кроме больших потерь, такая тактика не привела, более того, защитники Ярославля сами стали совершать вылазки в лагерь осаждающих, надежды на лисовчиков, прибывших из-под Костромы, не оправдались: приученные грабить и резать мирное население, воинами лисовчики оказались никакими. В ночь на 5 мая интервенты атаковали Земляной город Ярославля с зажигательными бочками, начинёнными смолой и порохом, но ярославцы их даже не подпустили к стенам города, встретив на развалинах посада и после жестокого рукопашного боя обратив их в бегство, захватив при этом зажигательные бочки, знамёна и пленных. В отчаянии поляки вновь ринулись на бесконечные мясные штурмы ярославских стен, попутно пытаясь договориться с осаждёнными, но первого же парламентёра Иоганна Шмидта ярославцы сварили в меду и скормили собакам, больше желающих идти на переговоры с ярославцами в польском лагере не нашлось. Осада Ярославля грозила окончиться катастрофой для интервентов и 27 мая (6 июня) они отступили к Ростову и Костроме, где их ждал не менее жестокий разгром.
Славная для русского оружия оборона Ярославля имела огромное значение, наряду с обороной Троице-Сергиевой лавры она наглядно показала русским, кто прячется под маской "царевича Дмитрия" и что ждёт Россию в результате его победы, превратив в итоге гражданскую войну в войну национально-освободительную. В память об избавлении от осады в Ярославле в том же году был построен храм в честь Казанской иконы Божией Матери, вокруг которого к 1610 году вырос Казанский женский монастырь.