К 23 августа Казань была обложена. Татарские войска в составе 10-тысячной пехоты и 5-тысячной конницы попытались совершить вылазку. Но они были загнаны обратно за стены крепости. С русской стороны успешно работала артиллерия, были построены «туры», защитный тын и «закопи» (траншеи), откуда можно было вести по противнику прицельный огонь.

Неожиданно 24 августа разразилась буря с дождем. Обозы войск были сильно повреждены. Были уничтожены многие запасы продовольствия и различных материалов. Это сильно усложнило положение русской армии. Однако Иван Грозный приказал форсировать осаду Казани. Была мобилизована срочная помощь из Свияжска.

Иван Грозный торопился со штурмом, поскольку опасался наступления астраханских войск. И действительно, 28 августа на удалении 75 километров от Казани подошел конный отряд князя Япанчи. Русские войска 30 августа выманили астраханцев из лесного укрытия и в открытом поле уничтожили конницу Япанчи. Тех астраханцев, которые вырвались из окружения и укрылись в остроге, русские уничтожили. Для этого понадобилась одна неделя.

Были приняты меры безопасности на всей территории вплоть до впадения Камы в Волгу. С этой целью специальный отряд под командованием князя Горбатого прочесал всю эту территорию и очистил её от всех вооруженных групп татар. Были выставлены сторожевые заставы. После этих военных мероприятий можно было брать Казань. К 1 сентября 1552 года город окружили фортификационные осадные сооружения. Началась осада крепости. Артиллерийский обстрел крепостной стены должен был создать в ней проходы и обвалы. Кроме того, делались подкопы к стенам. В подкопы закладывали мины и пороховые заряды. Руководил этой работой «ученый мастер» Иван Выродков. Он же раньше руководил строительством Свияжской крепости и других русских крепостей того времени.

По личному указанию Ивана Грозного по всей линии обложения были построены опорные пункты. Здесь могли сосредоточиваться войска и артиллерия. Эти опорные пункты имели вид редутов. Они были окружены системой траншей. По всей линии осады были установлены стенобитные орудия и мортиры. Последние предназначались для обстрела навесным огнем территории глубоко за стенами. Что-то вроде минометов.

На Арском поле располагался стан русского войска и Ставка Ивана Грозного. Они были защищены круговыми рядами телег и Гуляй-городом, который был сооружен из срубов, сплавленных по Волге.

Одновременно проводились артобстрелы стен Казанского кремля и стрельба из стенобитных орудий. Время от времени слышны были взрывы-поджоги. Пылали многочисленные пожары. Крепостные стены во многих местах разрушились. Арские ворота Казани разрушились.

В течение одной ночи с 3 на 4 сентября перед Арскими воротами была собрана деревянная башня высотой 12,5 метра. Она имела три яруса. На них располагались 10 мортир (пушек). Из них велся прицельный огонь по объектам за стенами Казани. Там же располагались 50 ручных пищалей. Они предназначались для отражения пехоты и конницы противника (в случае вылазок из крепости). На обороняющихся это подействовало. Утром они стали покидать уязвимое место вблизи Арских ворот. В этом месте активизировалась атака русских войск. Положение обороняющихся усугубилось тем, что 4 сентября они остались фактически без воды. Дело в том, что тайник казанцев к воде был разрушен сильным взрывом из подкопа. Второй мощный пороховой взрыв был произведен 30 сентября прямо у Арских ворот. Это позволило русским стрельцам занять башню, а также часть стены у Арских ворот. Командовал ими князь В.И. Воротынский. 1 октября осадной артиллерией был сбит весь участок стены у ворот. Кроме того, саперы соорудили несколько переходов через ров, а также сделали десятки штурмовых лестниц. После этого был утвержден точный план штурма.