Приготовившись к войне, Баторий в июне 1579 года отправил в Москву гонца с ее объявлением; причиною разрыва выставлял он вступление Иоанна в Ливонию, несмотря на перемирие с Литвою. В июле, собравши войско под Свирем, король держал совет, в какую сторону лучше предпринять поход. Литовские паны по-прежнему советовали идти через Ливонию ко Пскову, потому что взятие этого богатого города может вознаградить войско за труды, а взять его нетрудно, потому что по отдаленности от театра войны им мало занимались в последнее время, прежние же стены должны быть уже ветхи. Но король был противного мнения: так как, говорил он, война предпринимается для освобождения Ливонии, то странно было бы перенести войну в край, и без того уже опустошенный; притом Ливония усеяна городами и замками, осада которых повела бы к большому замедлению; наконец, переведши все войска в Ливонию, надобно было бы оставить Литву без прикрытия. Можно не чрез Ливонию, а чрез неприятельскую землю пуститься ко Пскову, но тогда в тылу останется много неприятельских крепостей и, углубившись так далеко в неприятельскую землю, трудно было бы возвратиться, трудно было бы получить подкрепления. Лучше всего взять прежде Полоцк: чрез это обеспечится и Ливония и Литва, от которой войско не удалится, потому что Полоцк, лежащий над Двиною, служит одинаково ключом к этим обеим странам, кроме того, взятием Полоцка обеспечится судоходство по Двине, важное для Литвы и Ливонии, особенно для города Риги. Иоанн не знал об этом мнении Батория, думал, что война, предпринятая за Ливонию, будет ведена в Ливонии, знал, что таково мнение большинства в Польше и Литве, и потому отправил большое войско за Двину в Курляндию; войско это ограничилось, по обычаю, опустошением страны и должно было скоро вернуться назад, ибо неприятель явился там, где его не ждали: в начале августа Баторий осадил Полоцк. Осажденные воеводы, князь Василий Телятевский, Петр Волынский, князь Дмитрий Щербатый и дьяк Ржевский, держались в дубовой крепости более трех недель с необыкновенным мужеством; жители, старики и женщины, бросались всюду, где вспыхивал пожар, и тушили его, на веревках спускались со стен, брали воду и подавали в крепость для гашения огня; множество при этом падало их от неприятельских выстрелов, но на место убитых сейчас же являлись новые работники. Нелегко было и осаждающим: с большим трудом могли они добывать съестные припасы в стране малолюдной, лесистой и притом еще опустошенной недавнею войною; царь, узнавши об осаде Полоцка, двинул туда передовые отряды под начальством окольничих Бориса Шеина и Федора Шереметева, но эти воеводы, увидав, что все дороги к Полоцку были загорожены войсками Батория, заняли крепость Сокол и оттуда препятствовали подвозу съестных припасов к осаждающим, избегая столкновения в чистом поле с высланными против них полками под начальством Христофа Радзивилла и Яна Глебовича. Кроме того, погода стояла дождливая, дороги испортились, обозные лошади падали, ратники не могли найти сухого места под шатрами; особенно страдали немцы, привыкшие вести войну в странах богатых, густо населенных; в противоположность им венгры отличались терпеливостию и неутомимостию.
В таких затруднительных обстоятельствах король созвал военный совет; большая часть воевод была того мнения, что надобно идти на приступ, но король не согласился. "Если приступ не удастся, - говорил он, - то что тогда останется делать? Отступить со стыдом!" Обещанием больших наград он уговорил венгров подобраться к стенам крепости и зажечь их со всех сторон. Выбравши ясный день, 29 августа, венгры бросились к стенам и зажгли их; пламя быстро распространилось, и осажденные не могли потушить пожара в продолжение целого дня; а между тем король с большею частию войска стоял на дороге к Соколу, боясь, чтоб тамошние воеводы, увидя зарево, не явились на помощь к Полоцку. Помощь, однако, не приходила, и осажденные начали думать о сдаче; десятеро русских спустились со стен к осаждающим для переговоров, но венгры умертвили их: они не хотели допускать до переговоров, хотели взять город приступом, ибо в таком случае они получили бы право разграбить его; особенно прельщала их церковь св. Софии, о богатствах которой наслышались. С этою целию венгры без приказа королевского кинулись в город сквозь пылавшие стены, за ними - польская пехота; но осажденные уже успели выкопать ров в том месте, где прогорела стена, встретили нападающих залпом из пушек и прогнали их. На другой день пожар и напор осаждающих возобновились; тогда стрельцы с воеводою Волынским выслали переговорщиков, и город был сдан с условием свободного выхода всем ратным людям: некоторые из них вступили в службу королевскую, большая часть предпочла возвратиться в отечество; но владыка Киприан и другие воеводы, кроме Волынского, никак не хотели соглашаться на сдачу; они уже давно замышляли взорвать крепость, но не были допускаемы до этого ратными людьми, и, когда последние уже сдали город, владыка и воеводы заперлись в церкви св. Софии и объявили, что только силою можно будет их взять оттуда, что и было исполнено со стороны неприятеля. Добыча, найденная в Полоцке, обманула ожидание осаждающих; самую драгоценную ее часть составляла библиотека, содержащая в себе много летописей и творений святых отцов греческих в славянском переводе, - все это погибло. Те из русских, которые решились переселиться в Литву, были не очень щедро награждены Баторием; до нас дошла грамота его к дворному конюшему литовскому такого содержания: "Многие стрельцы и другие люди московские после взятия Полоцка и прочих крепостей русских поддались нам, и мы их наделили пустыми участками земли в старостве Гродненском, но им нечем обрабатывать этих участков. Так приказываем тебе взять у подданных наших в Литве кляч самых негодных и мелких штук с полтораста и поделить их между этими москвичами".