В Москве знали о военных приготовлениях Речи Посполитой, но, по-видимому, не вполне оценивали опасность ситуации. Вернувшиеся из Польши послы уверяли царя, будто с Баторием идут немногие «охочие люди» из литовской шляхты, а поляки будто бы отказались участвовать в походе. Гонец Тимофеев несколько позже сообщил, что король намерен нанести удар по Полоцку. Но его словам царь не придал серьезного значения. Гарнизон Полоцка не был своевременно усилен.

Стремясь упредить нашествие, русское командование приняло решение о наступлении в немецкую Ливонию. Намеченный план был частично осуществлен. Прибыв в Новгород в начале июня 1579 г., царь отпустил «за реку за Двину», в Курляндию, воеводу князя Василия Хилкова с войском. По-видимому, сам царь намеревался двинуться следом за воеводой, чтобы очистить от поляков всю Курляндию.

Хилков «погромил» курляндских немцев, но его успех имел ограниченное значение. К моменту неприятельского вторжения силы русской армии оказались разъединенными.

Король Стефан направил царю грамоту с объявлением войны. Особый пункт послания гласил, что король имеет претензии к особе царя, но не к его подданным, которым как христианам он желает всякой свободы. В пограничные крепости были направлены письма с обращением к жителям — от бояр до простого народа. Всем сдавшимся в плен Баторий обещал «вольность и свободу прав христианских».

Будучи в Пскове, царь составил письмо Баторию. Он называл латинскую веру «полухристианством», пенял королю, что его паны «веруют иконоборные ереси люторские» и в его владениях появилась арианская ересь. Бог покарает еретиков, а «искру благочестия истиннаго христианства в Российском царстве сохранит и державу нашу утвердит от всяких львов, пыхающих на ны». Однако уберечься от «пыхающих львов» не удалось, и Иван IV так и не отправил послание королю.

Король Стефан сознавал, что ему противостоит опасный противник, и в первой кампании поставил ограниченную задачу. Он решил отвоевать у России Полоцкую землю, захваченную Грозным пятнадцатью годами ранее. Цель войны была понятна дворянству и народу и нашла поддержку общества. Если бы Баторий двинулся в Ливонию, ему пришлось бы штурмовать многочисленные каменные замки. Полоцк располагал деревянными укреплениями.

Узнав о наступлении Батория на Полоцк, Грозный направил туда воеводу Бориса Шеина. Но помощь запоздала. Шеину пришлось остановиться в близлежащей крепости Сокол.

В начале августа поляки осадили Полоцк и стали обстреливать его калеными ядрами. Из-за дождей обстрел не дал результатов. Осада Полоцка продолжалась почти четыре недели. Наконец венгерской пехоте удалось поджечь крепостные стены смоляными факелами. Гарнизон продолжал оборонять охваченный пожаром город. Но затем стрельцы вступили в переговоры о сдаче крепости. 31 августа 1579 г. Полоцк пал.

Исследователи Ливонской войны полагали, что более других в поражении был повинен сам монарх: он потерял голову и, располагая трехсоттысячной армией, не смог оказать сопротивления неприятелю. В действительности царское войско было малочисленным. Действия Ивана IV были продиктованы обстановкой. Он послал на выручку Полоцку сначала Шеина, затем лучшего из своих воевод, князя Дмитрия Хворостинина, с передовым полком и Ивана Шуйского с полком правой руки. Они должны были нанести удар по осадному лагерю Батория. Русское командование рассчитывало на то, что полоцкий гарнизон окажет длительное сопротивление врагу.

Царь мог выступить к Полоцку со всей армией, но не сделал этого, так как в его тылу началась концентрация шведских войск. В июле 1579 г. шведский флот обстрелял и сжег предместья Нарвы и Ивангорода. Вслед за тем многочисленный шведский корпус высадился в Ревеле и направился к Нарве. Русские оказались меж двух огней.