С этой точки зрения выбор Полоцка в качестве объекта для нанесения главного удара более чем понятен — город был богат, многолюден, имел большой торгово-ремесленный посад. Пожалуй, в XVI веке Полоцк вообще являлся крупнейшим городом ВКЛ. Таким образом, Иван IV и его армия могли рассчитывать на огромную добычу, что, в сущности, и произошло. Помимо этого взятие Полоцка давало целый ряд дополнительных выгод. По причине своего важного стратегического положения, славы, величия и богатств этот город давал возможности безо всяких затрат содержать в нем войско, а также позволял совершать нападения вглубь литовских земель и осуществлять управление на большой территории. Кроме того, Иван IV считал Ливонию и тем более западнорусские земли своим наследственным владением по праву, поэтому слава Полоцка — важнейшего центра древнего княжения как нельзя более привлекала его. В чисто военном плане Полоцк нависал над южным флангом московской группировки в Ливонии.
Судя по тому, что первый разряд для похода на Полоцк был составлен в сентябре 1562 года, подготовка войск началась именно тогда. По своему масштабу это военное мероприятие было грандиозным, едва ли уступавшим походу на Казань 1552 года, и требовало тщательной организации. Рать собиралась по полкам в 17 городах, не считая сил, которые вышли с самим царем из Москвы 30 ноября и уже 4 декабря были в Можайске. Здесь царь остановился на две недели. Общий сбор войск для полоцкого похода был назначен на 5 января 1563 года в Великих Луках. К назначенному сроку туда в один день подошли все отряды, что являет собой образец гибкости и слаженности военной машины Московского государства, удивительный даже для нашего времени. 30 января московские рати оказались у стен Полоцка, но расстановка полков вокруг него заняла весь следующий день. Направление главного удара для штурма выбиралось долго. В конце концов основная часть московских войск была сконцентрирована против городских стен Великого посада (большой полк с севера и государев полк с востока).
На протяжении всего времени полоцкой осады в московском войске были четко организованы разведка и охранение. Виленский воевода и великий гетман ВКЛ Николай Радзивилл мало что мог противопоставить московской армии. Переписка между ним и королем Сигизмундом Августом свидетельствует о полном бессилии последнего помочь чем-либо Великому княжеству Литовскому. Да и действия его собственных военачальников, направленные на деблокирование Полоцка извне, не увенчались успехом. Так что городской гарнизон в течение всей осады был предоставлен самому себе.
В дальнейших событиях решающую роль сыграли московские осадные пушки «большого» наряда. Один немец из Полоцка, очевидец осады, через 12 лет рассказывал императорскому послу в Москве X. Кобенцелю, что город был взят «при таком пушечном громе, что, казалось, небо и вся земля обрушились на него». С небольшими перерывами для охлаждения стволов пушки сокрушали городские и замковые стены с 8 по 14 февраля. Мощь огневого удара поразила даже самих осаждавших. В результате начался страшный пожар, погубивший более 3000 дворов, а прямо посреди пламени шел жестокий бой между стрельцами и детьми боярскими с одной стороны и защитниками города — с другой. Они покинули посад, но отстояли замок.
Защитникам Полоцка нельзя отказать в мужестве: они не только оборонялись, но и тревожили противника частыми вылазками. Лебедевская летопись, например, зафиксировала вылазку, имевшую место в ночь с 10 на 11 февраля, в которой приняли участие до 800 человек конницы, «да пешие люди многие», но в бою с отрядом князя И.В. Шереметева они потерпели поражение и с потерями отошли в замок. Сам Шереметев получил контузию пушечным ядром. Но за дерзость вылазки осажденным пришлось расплатиться пленниками — языками.
12 февраля московские туры и пушки были придвинуты ближе к замковым укреплениям. С этого времени и до 14 февраля орудия били без перерыва целые сутки. Разбивали переднюю замковую стену, ядра достигали противоположной стены, в результате чего защитники терпели жестокий урон. Московские артиллеристы использовали огненные (каленые) ядра и, возможно, зажигательные смеси. В результате в самом замке вспыхнул сильный пожар — пылало несколько десятков домов. Гарнизон вынужден был одновременно оборонять стены и тушить пламя. В ночь с 14 на 15 февраля усилиями московских пушкарей и стрельцов, посланных к стенам, укрепления были тоже подожжены. К тому времени ядра выбили 40 городень из 204, составлявших периметр укреплений полоцкого замка.
Штурм Полоцка.
Схема осады Полоцка.
К утру 15 февраля 1563 года положение его защитников стало критическим: рассчитывать на помощь извне не приходилось, укрепления были разбиты, силы таяли изо дня в день, в то время как настоящего урона московским войскам они нанести не могли. По московским данным, за всю осаду Полоцка армия Ивана IV потеряла всего 86 человек. Остальное сделали артиллеристы Ивана IV, показавшие немалое искусство. Между тем Сигизмунд Герберштейн, побывавший последний раз в Московском государстве в 1526 году, отмечал совершенное неумение русских использовать артиллерию. Таким образом, опыт применения полевых и осадных орудий был набран московскими пушкарями именно в середине XVI века — при осаде Казани, под Нарвой, Дерптом и Феллином. Так что у стен Полоцка наряд Ивана IV располагал уже кадрами, отлично знавшими свое дело.