Оборону столицы взял на себя Борис Годунов, в распоряжении которого находились дворовые войска. Решено было (как и во время набега Девлет-Гирея в 1572 г.) поставить между Серпуховской и Калужской дорогами гуляй-город («обоз») — своеобразную походную крепость на колесах. В обоз свезли и артиллерию — «наряд», которым распоряжался оружничий Б. Я. Бельский, только что вернувшийся из длительной ссылки. 1 июля полки Ф. И. Мстиславского прибыли к Москве и стали у села Коломенского. На следующий день они получили предписание разместиться внутри обоза на р. Котел и «промышляти» из него. 3 июля в обоз направился с дворовой ратью Борис Годунов. Тем временем Казы-Гирею удалось разбить на Пахре посланного туда кн. В. Бахтеярова-Ростовского. 4 июля хан подошел вплотную к столице и расположился против Коломенского «в лугах». Крымские царевичи начали штурм гуляй-города. Перестрелка «за Ямскою слободою», от Воробьева до Котлов, носила беспорядочный характер и продолжалась часов шесть-семь. Попытка взять гуляй-город не удалась. В ночь на 5 июля вновь вспыхнула беспорядочная стрельба.

Засланный Борисом в лагерь крымцев под видом сдавшегося в плен дворянина лазутчик сообщил Казы-Гирею, что ночью в Москву якобы прибыла 30-тысячная немецкая и польская рать. На рассвете 5 июля Казы-Гирей бежал от Москвы и 6 июля переправился через Оку. В погоню за ним посланы были войска Ф. И. Мстиславского и Бориса Годунова. Во время преследования крымских арьергардов, продолжавшегося 7 и 8 июля вплоть до Серпухова, взяли в плен, по официальным данным, 1 тыс. человек, по другим — 400 или 200. По словам Массы, захватили «около 70 человек, по большей части холопов господ, намеревавшихся во время осады поджечь Москву». Запорожцы и донцы разгромили крымский «кош». Победа была одержана достаточно внушительная, и преследовать крымцев за Окой не стали.

Досадной неприятностью для Бориса Годунова было появление слухов, что крымского царя «навел» он сам (то же самое говорили и о Глинских в 1547 г.), «бояся от земли про убойство Дмитрия». Они распространились среди многих «простых людей», в частности на «украине» (т. е. южнее Оки, на южных окраинах государства). Прибывший из Алексина сын боярский Иван Подгорецкий сказал, что подобные «словеса» говорил его крестьянин. Тот на пытке оклеветал многих лиц. В результате доследований, проводившихся по городам «во всей украине… множество людей с пыток помроша, а иных казняху и языки резаху, а инии по темницам умираху».

И на этот раз Борису удалось овладеть положением и подавить брожение в зародыше. А на том месте, где располагался обоз во время прихода Казы-Гирея, в 1592 г. был воздвигнут Донской монастырь, что как бы приравнивало победу над Казы-Гиреем к Куликовской победе, а Годунова — к Дмитрию Донскому. В том же году в Москве начали сооружать деревянные и земляные укрепления. Они охватывали разросшиеся московские слободы и посады по линии позднейших Садовых. Строительство крепости велось спешно, поэтому ее прозвали «Скородомом». Длина укреплений достигала 14 км. Всего было на них 50 башен.

10 июля 1591 г. царь Федор издал указ, согласно которому воеводы, участвовавшие в обороне Москвы, получили щедрые награды. В своей реляции о победе кн. Ф. И. Мстиславский забыл представить к награде Бориса Годунова, за что подвергся кратковременной опале. Истинный вклад Бориса в оборону столицы определить трудно, но так или иначе он получил самое большое пожалование — ему присвоили титул «слуги».