由于断水，8月30日，城内守军开始了一系列反击作战，这恰好中了伊凡雷帝的计谋。
城外修建了大量地道和战壕，守军刚刚冲出来就会遭到射击。即便他们能够突破战壕，还会遭到大量沙俄步兵和骑兵的近距离砍杀。喀山守军数量只是沙俄军队的五分之一，这些攻击只是徒增伤亡而已。
喀山城内十分困难，在城外的游击队部队主要是骑兵，开始对沙俄军队发动大规模攻击。然而，沙俄的骑兵也很多，尤其是贵族骑兵很多也是突厥人，对喀山骑兵的一切都非常了解。依靠兵力的优势，沙俄骑兵连续胜利，喀山骑兵连续攻击数日后，因伤亡过大被迫撤退。
到了9月8日，喀山城内越来越危险，城墙已经残破不堪，几乎无法有效防御了。
喀山将领雅潘查接到了城内紧急救援的请求，焦急万分。他只有三四千骑兵，无力同沙俄大军对抗。之前他连续进行破坏作战，袭击沙俄的补给线和零散部队，杀死上千敌人，引起伊凡雷帝的震怒。
此次明知道不能进行决战，但喀山守军已经非常困难，勇敢的雅潘查的骑兵们决定像他们的突厥祖先一样，牺牲自己为同胞争取一些战场上的优势。
雅潘查率领4000名骑兵突然猛攻沙俄攻城部队。仓促之下，沙俄集中高达2万大军同雅潘查决战。只是，攻城部队高达15万人，这区区2万人算不了什么。
而雅潘查率领4000骑兵以传统的方式作战，在沙俄炮兵的轰击下进行激烈近战。双方战斗了一个下午，雅潘查的骑兵无法突破沙俄步兵的防线，反而遭到火绳枪的反复射击。随后，沙俄骑兵全线追击，雅潘查的部队几乎全军覆没，自己也被哥萨克骑兵斩下了首级。
雅潘查骑兵的牺牲没有改变喀山的局势，即便攻城部队减少2万人，守军仍然无法获胜或者突围。
即便如此，守军仍然坚守了整整1个多月。到了10月11日，喀山的气温开始明显下降，冬季快要来了。
伊凡雷帝明白自己没有冬季作战的条件，务必要在10月结束战斗。
在伊凡雷帝的命令下，10月11日沙俄军队发动了总攻。喀山城墙已经有几处较大的缺口，总攻开始以后，沙俄军队以火炮和火绳枪压制城墙缺口附近的敌人，随后使用大量重步兵冲进，试图攻入城内。
喀山守军仍然坚持射箭和开枪，击毙了大量攻城士兵。少量沙俄士兵冲入城内，立即遭遇近距离肉搏，全部被杀死。
一天的猛攻并没有进展，伊凡雷帝当晚召集将领，恼怒地下令第二天务必胜利，不然要严惩所有将领。
这些将领张皇失措，都认为1天内攻入城内是不可能的。此时，一个英国工程师提出了决定性的建议。英国人发现喀山城东南段的城墙已经存在整体性崩塌的可能性。由于长期激战，城墙反复维修，早已残破不堪。在英国工程师的建议下，沙俄士兵用了一个晚上，将数百桶炸药埋设到城墙附近。
第二天黎明，炸药突然引爆，果然长达数百米的木制城墙全部崩塌。喀山守军无法在短时间内修复这么长的城墙，完全措手不及。沙俄集中主力部队，源源不断地从缺口向城里冲击，很快就冲入数千人。喀山守军能做的就是坚持巷战到黑夜，随着叶底格尔被俘虏，城市彻底被沙俄攻占。
