喀山人并未将希望全寄托在守城部队身上
但最让喀山人头疼的事情，发生在城市北部。和之前一次陷落时的情况类似，莫斯科军队准备截断流入城市的水源。这样，守军在很短时间内就会被迫投降。所以，他们特意安了自毛伊人在北部待命。同时，另一支骑兵将从东南面*出，打通去往南面的通道。作为牵制与增援力量，城内的守军也将同时从东面和南面的城门出击，形成内外夹攻之势。
伊凡的直属亲卫队骑兵
从8月30日开始，亚德加汗开始策动大规模反攻作战。城内的可汗卫队从南门冲出，另一支民兵部队则从东面开门突围。但他们都在莫斯科军队的战壕与远射火力打击下，损失惨重。尤其在战斗最激烈的南侧，精锐的可汗卫队已经冲过了战壕。但伊凡也派出了自己的直属部队堵截。两支同样装备西亚式板锁甲、复合弓与马刀的骑兵，在蒙古-突厥式战鼓的激励下，恶战一场。有步兵火力支援的莫斯科人，还是笑到了最后。亚德加的可汗卫队被彻底击溃，仅有部分人撤回喀山城里。
与此同时，喀山汗国的地方封建骑兵与乌德穆尔特鞑靼人一起，从东南面发起迂回进攻。早有布置的伊凡，在那里派驻了非常善战的亚历山大亲王和大量的波耶尔贵族骑兵。两伙装备、战术都及其类似的骑兵，便在城市外围展开激烈厮*。由于数量和战斗力相仿，战斗陆陆续续焦灼了数日。最后还是亚历山大的波耶尔骑兵获胜，并一路追到了对手驻扎的小镇阿尔斯克。在驱逐了对手的最后顽抗后，将这个喀山军队的外围基地焚毁。
喀山城一直笼罩在敌军的优势火力之下
在城市的北部，科布斯基指挥的另一支波耶尔骑兵部队，与突然*到的毛伊人相遇。这些鞑靼更习惯打了就跑的袭扰战术，而不适应强强对话的正面硬抗。所以在遭到同样埋伏在预备队位置的莫斯科骑兵攻击后，迅速脱离了战场。伊凡的工兵也在骑兵保护下，顺利的切断了城内的饮水供应。
莫斯科人在移动炮塔掩护下不断进行射击
已无后顾之忧的莫斯科炮兵，接着又建造了一座威力巨大的攻城塔。但与之前的旧式版本不同，这座高塔被安放了10门大口径火炮与50小口径火炮。围攻战利用这座可移动的炮台，不断摧残喀山的木质城墙。残存的守军炮兵，一度尝试开火击毁眼前的怪兽，却被更加猛烈的火力击败。至此，喀山城的陷落已经只是时间问题。
10月2日，伊凡的工兵终于炸毁了喀山城的城墙。射击军一马当先的冲入城内，以训练有素的齐射击溃了企图集结抵抗的喀山步兵。绝望的守军开始逃入第二道城墙，任由平民在外面被莫斯科人*戮。他们继续在没有希望的情况下，抵抗了11天。到10月13日，弹尽粮绝的守军发动最后一次突围。但在步步紧逼的莫斯科军队面前，依然被无情的击溃。整座城市落入了伊凡四世的掌控之下。
