Противостоять им русские не могли, озабоченные случаями местничества. Перед каждым походом, а иногда и в походе возникали затяжные споры между воеводами, многие из которых считали для себя недостойным («невместным») подчиняться другому воеводе. «С кем кого ни пошлют на которое дело, — признавал Иван IV, — ино всякой разместничается». Поэтому в 1550 году был принят указ, ограничивший местничество при назначении на командные должности.
16 июня 1552 года царь оставил столицу и во главе основных военных сил выступил к Коломне. В это время крымский хан Девлет-Гирей, стремясь воспрепятствовать походу Ивана IV, вторгся в русский пределы. Хан полагал, что русский царь с главными силами уже находится под Казанью, и не рассчитывал встретить русских на своем пути. Обескураженный своей неудачей, он повернул назад и после безуспешных попыток взять Тулу бежал «с великим срамом», оставив часть обоза и артиллерии. После этого русское войско двинул ось под Казань, преодолевая в среднем 30 км в сутки: сам царь шел на Владимир и Муром; большой полк и полк правой руки — на Рязань и Мещеру; Михайлу Глинскому было приказано стать на берегах Камы, а боярин Морозову — везти Волгой наряд. Со всех сторон сходились войска; их вели князь Владимир Андреевич, князья Турунтай, Пронский, Хилков, Мстиславский, Воротынский, Щенятев, Курбский, Микулинский, Владимир Воротынский, бояре Плещеев, Серебряный и братья Шереметевы.
19 августа русское войско численностью в 150 тысяч человек расположилось под Казанью, на луговой стороне. На другой день перебежчик из неприятельского стана поведал о численности татарского гарнизона (30 тысяч), моральном духе, царившем в неприятельском стане, запасах продовольствия и т. д. Крепость находилась на высокой и крутой возвышенности, примерно в 6 км от Волги, вверх по речке; Казанке. Она была обнесена двойными дубовыми стенами, заполненными землей и камнем, с деревянными же башнями, окопана рвом и имела двенадцать ворот; посередине крепости шел овраг, прикрывавший большие каменные здания ханского двора и мусульманские мечети. Дальше, к востоку, на плоской возвышенности, стоял сам город, также обнесенный деревянными стенами с башнями, а еще дальше: Арское поле, с обрывами по обе стороны; с третьей стороны примыкал к нему густой лес. Подступы к Казани были трудны; местность изобиловала болотами, зарослями кустарника, лесами.
Переправившись через Казанку, русские расположились вокруг города таким порядком: большой полк — тылом к Арскому полю и лесу, лицом — к городу; полк правой руки — правее, за Казанкой, против самой крепости; полк левой руки — напротив него, за речкой Булак (притоком Казанки). Тут же разбили и царскую ставку. Еще не успели: войска занять своих мест, как татары совершили вылазку. Князья Пронский и Львов после жаркого боя прогнали их в город.
Начало осады было омрачено страшной бурей с дождем и градом, повалившей все шатры, в том числе, и царский; на Волге погибло много судов с запасами. Это происшествие едва не посеяло панику среди ратных людей, но царь не упал духом: он велел двинуть новые запасы из Свияжска и объявил, что не отойдет от Казани, хотя бы пришлось под ней зимовать. Русские воеводы, обложив город, решили применить систему параллелей, то есть создать вокруг крепости две линии из туров с позициями для артиллерии. Вскоре под прикрытием пищальников и казаков были поставлены первые туры; боярин Морозов прикатил к турам большие пушки, и с того времени орудийные залпы не утихали до конца осады. Казанцы предпринимали ежедневные отчаянные, но безуспешные вылазки, стремясь уничтожить русские огневые позиции.
Тем временем ногайский князь Япанча ударил в тыл передового полка из Арского леса. Хотя воеводы успели дружным натиском отбить Япанчу, однако он с этой поры не давал покоя. Как только поднималось на высокой городской башне большое татарское знамя, он тотчас кидался из лесу, а казанцы атаковали спереди. На праздник Усекновения главы Иоанна Предтечи (29 сентября) поставили туры и со стороны Казанки. Таким образом, в течение семи дней весь город был окружен параллелями: в сухих местах турами, в низких и сырых — плетнем.
Чтобы облегчить осаду, часть войск — 15 тысяч пехоты и 30 тысяч конницы во главе с воеводой князем Горбатым-Шуйским и князем Серебряным — получила задачу нейтрализовать ногайцев. Главные силы Шуйский расположил в засаде, а небольшой отряд выслал к лесу — выманить ногайцев. Действительно, Япанча вышел из лесу, погнался и попал в засаду. Тут его охватили со всех сторон, изрядно потрепали и загнали в лес.