Когда Иоанн подъехал к городу, знамена русские развевались уже на стенах; присутствие царя придало ратникам новые силы; князь Воротынский прислал сказать, что русские люди уже в городе, чтоб царь помог им своим полком; Иоанн велел своему полку спешиться и идти на помощь, потому что на лошадях в городские улицы въехать было нельзя по причине страшной тесноты. Татары оказывали отчаянное сопротивление; несколько часов русские не могли сделать ни шага вперед, наконец им удалось взобраться на крыши домов и оттуда бить неприятеля. Но в эту решительную минуту многие ратники, прельстившись добычею, перестали биться и бросились на грабеж; казанцы начали одолевать остальных. Воеводы дали знать об этом царю, тот послал новую помощь, которая и успела поправить дело. Русские пробились к мечети, и здесь загорелась самая жаркая битва, в которой погиб главный мулла. С другой стороны царь Едигер затворился в своем дворе и крепко оборонялся; наконец, видя невозможность дальнейшего сопротивления, ринулся в нижнюю часть города к воротам; спереди не давал ему проходу небольшой русский отряд, бывший под начальством князя Курбского, а сзади напирало главное войско. По трупам своих, лежавшим наравне с стеною, татары взобрались на башню и закричали, что хотят вступить в переговоры; русские перестали биться, и татары начали говорить: "Пока стоял юрт и место главное, где престол царский был, до тех пор мы бились до смерти за царя и за юрт; теперь отдаем вам царя живого и здорового; ведите его к своему царю! А мы выйдем на широкое поле испить с вами последнюю чашу". Выдавши царя вместе с тремя приближенными к нему вельможами, татары бросились прямо со стены на берег Казанки, хотели пробиться прямо к реке, но, встреченные залпом 113 русских пушек, поворотили налево вниз, бросили доспехи, разулись и перебрели реку в числе 6000; двое князей Курбских, Андрей и Роман, обскакали неприятеля, врезались в его ряды и были смяты; но троим другим воеводам - князьям Микулинскому, Глинскому и Шереметеву - удалось нанести казанцам окончательное поражение; только немногие успели убежать в лес, и то раненые. В Казани не осталось в живых ни одного из ее защитников, потому что Иоанн велел побивать всех вооруженных, а брать в плен только женщин и детей.
Узнавши, что Казань в руках его войска, царь велел служить молебен под своим знаменем, собственными руками вместе с духовником водрузил крест и велел поставить церковь во имя нерукотворенного образа на том месте, где стояло царское знамя во время взятия города. После молебна князь Владимир Андреевич, все бояре и воеводы поздравляли государя, князь Владимир говорил: "Радуйся, царь православный, божиею благодатию победивший супостатов! Будь здоров на многие лета на богом дарованном тебе царстве Казанском! Ты по боге наш заступник от безбожных агарян; тобою теперь бедные христиане освобождаются навеки и нечестивое место освящается благодатию. И вперед у бога милости просим, чтоб умножил лет живота твоего и покорил всех супостатов под ноги твои и дал бы тебе сыновей - наследников царству твоему, чтоб нам пожить в тишине и покое". Царь отвечал: "Бог это совершил твоим, князь Владимир Андреевич, попечением, всего нашего воинства трудами и всенародною молитвою; буди воля господня!" Приехал и Шиг-Алей с поздравлением. Татарскому царю, поздравляющему с разрушением Татарского царства, Иоанн счел приличным отвечать оправданием этого разрушения. "Царь господин! - сказал он. - Тебе, брату нашему, ведомо: много я к ним посылал, чтоб захотели покою; тебе упорство их ведомо, каким злым ухищрением много лет лгали; теперь милосердый бог праведный суд свой показал, отомстил им за кровь христианскую". Иоанн велел очистить от мертвых одну улицу от Муралеевых ворот к цареву двору и въехал в город; впереди ехали воеводы и дворяне, сзади князь Владимир Андреевич и Шиг-Алей. Царь был встречен русскими пленниками, освобожденными от неволи; увидавши государя, они пали на землю со слезами и кричали: "Избавитель наш! Из ада ты нас вывел; для нас, сирот своих, головы своей не пощадил!" Царь велел отвести их в свой стан и кормить, потом распорядиться отсылкою по домам. Въехавши в город, Иоанн велел воеводам гасить пожар; все сокровища, взятые в Казани, и пленников, женщин и детей, он отдал войску, а себе взял только царя Едигера, знамена царские и пушки городские. Побыв несколько времени на царевом дворе, возвратился назад в стан, где прежде всего пошел в церковь св. Сергия принести благодарную молитву чудотворцу; потом отправился к столу, утешив все войско благодарными словами и обещанием жаловать.
Казань была взята, но надобно было распорядиться насчет дикого, воинственного народонаселения, жившего в ее области: Иоанн разослал по всем улусам черным ясачным людям жалованные грамоты, писал, чтоб шли к нему без страха, он их пожалует, а они бы платили ему ясак, как и прежним казанским царям; арские люди и луговая черемиса прислали с челобитьем. 4 октября вся Казань была очищена от трупов; царь поехал в нее в другой раз, выбрал среди города место, водрузил на нем своими руками крест и заложил церковь во имя Благовещения богородицы; отслужили молебен, освятили воду и с крестами ходили по городским стенам. На третий день, 6 октября, заложенная церковь Благовещения уже была готова и освящена. В тот же день царь назначил наместником в Казань большого боярина князя Александра Борисовича Горбатого и боярина князя Василия Семеновича Серебряного, оставил с ними дворян своих больших, много детей боярских, стрельцов и козаков, 11 октября Иоанн выступил в обратный путь: сам государь поехал Волгою в судах, а конная рать пошла берегом на Васильсурск с князем Воротынским. В Нижнем Новгороде царь встретил посланных с поздравлением от царицы, от князя Юрия Васильевича и от митрополита; тут он вышел из судов и поехал сухим путем на Балахну во Владимир. Здесь ждала его новая радость; прискакал боярин Траханиот с вестью о рождении первого сына, Димитрия. Из Владимира чрез Суздаль и Юрьев царь поехал в Троицкий монастырь, где прежний митрополит Иоасаф, игумен и братия встретили его с крестами; в селе Тайнинском он встречен был братом Юрием, под Москвою - кликами бесчисленного множества народа: "Многая лета царю благочестивому, победителю варваров, избавителю христианскому!" У Сретенского монастыря встречен был митрополитом с крестами; благословившись у митрополита, Иоанн говорил ему речь, которая оканчивалась так: "А тебе, отцу своему и богомольцу, и всему освященному собору вместе с князем Владимиром Андреевичем и со всем войском за ваши труды и молитвы, потому что вашими молитвами бог соделал такие великие чудеса, много челом бьем". Тут царь, князь Владимир и все войско поклонились в землю, после чего Иоанн продолжал: "И теперь вам челом бью, чтоб пожаловали, потщились молитвою к богу о нашем согрешении и о строении земском, чтоб вашими святыми молитвами милосердый бог милость нам свою послал и порученную нам паству, православных христиан, сохранил во всяком благоверии и чистоте, поставил бы нас на путь спасения, от врагов невидимых соблюл, новопросвещенный град Казанский, по воле его святой нам данный, сохранил во имя святое свое и утвердил бы в нем благоверие, истинный закон христианский, и неверных бы обратил к нему, чтоб и они вместе с нами славили великое имя святыя троицы, отца, сына и святого духа ныне, и присно, и во веки веков, аминь". Митрополит отвечал также речью, в которой прославлял милость божию и подвиги царя, сравнивал его с Константином Великим, Владимиром Святым, Димитрием Донским, Александром Невским; по окончании речи митрополит и все духовенство пали также на землю пред царем, благодаря его за труды. Здесь, у Сретенского монастыря, Иоанн переоделся: снял воинские доспехи и надел одежду царскую - на голову надел шапку Мономахову, на плечи бармы, на грудь крест - и пошел пешком за крестами в Успенский собор, а оттуда во дворец. 8, 9, 10 ноября были столы у царя для знатного духовенства и вельмож, и три дня раздавались дары митрополиту, владыкам и награды воеводам и воинам, начиная с князя Владимира Андреевича до последнего сына боярского; кроме вотчин, поместий и кормлений роздано было деньгами, платьем, сосудами, доспехами, конями 48000 рублей.