Несмотря на голод и на жажду, значительные потери, казанцы продолжали храбро отбиваться. Тогда русские воеводы придвинули туры к самым воротам. Татары опомнились, бросились на вылазку, и бой продолжался у самых стен, у ворот. Наконец, русские осилили и на плечах неприятеля ворвались в город. Воротынский просил у царя подкреплений, но Иван проявил осторожность и приказал отойти. Арская башня осталась за стрельцами; ворота, мосты и стены были подожжены. Татары всю ночь ставили против этих мест срубы, засыпая их землей. На другой день — это был праздник Покрова — воеводы палили из пушек ядрами и камнями до тех пор, пока не сбили городскую стену до основания; в этот же день заполнили ров бревнами, землей, а где нельзя было это сделать, приготовили мост. На 2 октября, в воскресенье, объявили всем ратным людям, чтобы готовились идти на общий штурм.
В первой линии было назначено идти казакам и полкам боярских дворовых людей. В таких полках считалось по 5 тысяч конных людей да при них по тысяче стрельцов с пищалями и по 800 казаков с лукам и рогатинами; пешим надлежало катить перед собой щиты на катка или на колесах. Во второй линии должны были идти воеводы с главными силами, наступая каждый против указанных ворот; в третье линии находились царская дружина и запасные воеводы для поддержки второй линии. Иван IV, прежде чем начать кровопролитие, послал в город мурзу Камая предложить казанцам капитулировать. Казанцы снова ответили отказом.
Наступила ночь. После тайной беседы с духовником Иван IV начал вооружаться. Когда Воротынский доложил, что порох подложен и мешкать нельзя, он послал оповестить полки, а сам пошел к заутрене, отслушав которую, велел «наволочить» на древко царское знамя. Кай только развернулось великое знамя, то во всех полках тотчас были распущены свои знамена; под звуки набатов и зурн войска стали расходиться по своим местам.
И вот раздался мощный взрыв, разрушивший Арские ворота и част стены. Вскоре послышался второй взрыв, еще более сильный. Тогда русские люди, воскликнув: «С нами Бог!» — пошли на приступ. Казанцы встретили их криком: «Магомет! Все помрем за юрт!» Бестрепетно стояли татары на обломках стены, презирая смерть. Они кидали в русских бревна, стреляли из луков, крошили саблями, обливали кипящим варом. Но это не остановило штурмовавших: одни кинулись в пролом, другие карабкались на стены по лестницам и бревнам; третьи подсаживали друг друга на плечах наверх.
Когда царь подъехал, на стенах уж развевались русские знамена. Казанцы дрались на ножах в тесных и кривых улицах. В эту решительную минуту удача чуть было не отвернулась от русских. Многие «корыстовники» бросились грабить дома, таскали добычу в лагерь, снова возвращались за тем же. Передовые бойцы изнемогали, а помощи не было — сзади царили сумятица и грабеж. Казанцы, заметив это, бросились в контратаку. Царь, стоявший неподалеку со своей дружиной, был поражен постыдным бегством; одно время он подумал, что все кончено. По его приказанию половина царской дружины сошла с коней; к ней пристали седые, степенные бояре, отроки, окружавшие царя, и все вместе двинулись к воротам. В своих блестящих доспехах, в светлых шлемах царская дружина врубилась в ряды казанцев; хан Едигер быстро отошел к оврагу, потом к ханскому дворцу. В обширных каменных палатах дворца татары защищались еще часа полтора.
Выбитые из ханского дворца казанцы бросились в нижний город, к Елбугиным воротам, что выходили на Казанку; но тут их встретили полки Андрея Курбского. По трупам своих, лежавших вровень со стеной, казанцы взобрались на башню и стали говорить: «Пока стоял юрт и ханский престол, мы бились до смерти за хана и юрт. Теперь отдаем вам хана живого и здорового. А мы выйдем на широкое поле испить с вами последнюю чашу!» Выдав хана, татары бросились прямо со стен на берег Казанки и, поснимав доспехи, побрели через реку. Воеводы перехватили им дорогу, и почти все они, тысяч до шести, погибли в рукопашной свалке. В городе не осталось ни одного защитника — лишь женщины да дети. Князь Воротынский прислал сказать царю: «Радуйся, благочестивый самодержец! Казань — наша, ее царь в плену, войско истреблено».
Владимир Андреевич, бояре, воеводы и все ратные чины поздравили царя с победой. Толпы русских пленников встречали царя, обливаясь слезами: «Избавитель ты наш! Из ада нас вывел; для нас, своих сирот, головы не пощадил!» Царь приказал отвести их к себе в стан, накормить, а потом разослать по домам. Все сокровища Казани, кроме пленного царя, пушек и ханских знамен, Иван Васильевич приказал отдать ратным людям.
Таким образом, Казанское ханство было ликвидировано. Однако победа Москвы была закреплена лишь после подавления восстаний на территории бывшего Казанского ханства (1552–1557). После этого Среднее Поволжье окончательно вошло в состав России. Казанские татары, чуваши, вотяки (удмурты), мордва, черемисы (марийцы) стали подданными московского царя. Этими событиями была предопределена судьба Астраханского ханства (Нижнего Поволжья), присоединенного к России в 1556 году. В следующем году Большая Ногайская Орда, кочевья которой располагались между средним и нижним течением р. Волга и р. Яик (Урал), признала свою зависимость от Ивана IV; русское подданство приняли башкиры. С этого времени весь волжский торговый путь оказался в руках России. Для московской колонизации открылись огромные пространства плодородных и малонаселенных земель. В 80-е годы XVI века здесь возникли города — Самара Саратов, Царицын (Волгоград) и Уфа.
