Тем не менее в январе 1578 г. в Москве было подписано очередное перемирие сроком на три года, считая от 25 марта 1578 г. Причем в грамоте, подписанной от имени царя, было внесено условие: «Тебе, соседу [а не брату] нашему, Стефану королю в вашей отчине, Лифляндской и Курляндской земле, в наши города, мызы, пристанища морские, острова и во всякие угодья не вступаться, не воевать, городов не заседать, новых городов не ставить, из Лифляндии и Курляндии людей и городов к себе не принимать до перемирного срока». В польской же грамоте, написанной послами от имени Стефана, это условие отсутствовало.
Но Стефан не собирался выполнять условия перемирия. Он не очень надеялся на польские и литовские войска и нанял в Германии и Чехии несколько полков пехоты, а также закупил в Западной Европе лучшие по тем временам пушки и нанял к ним прислугу. Приготовившись таким образом, Баторий в июне 1579 г. послал в Москву гонца с объявлением войны. Причиной же разрыва отношений он назвал вступление Ивана в Ливонию, несмотря на перемирие с Литвой.
Под Полоцком войска Батория расположились следующим образом: у Двины стала венгерская пехота, у их лагеря был наведен понтонный мост. Ниже венгров, на берегу реки Полоти, стал лагерем воевода трокский Николай Радзивилл с литовскими войсками и польскими частными армиями (в польских источниках их именовали «охотниками»). По другую сторону Полоти была ставка короля и находились королевские войска. Их лагерь окружали повозки, соединенные железными цепями и установленные за глубоким рвом с насыпью. Выше королевского лагеря расположился немецкий наемный отряд.
Осадные действия начались со стороны венгров. Были проведены подступы к стенам внешних укреплений, остававшихся на Заполотье, и открыта по ним бомбардировка из пушек. Видя невозможность здесь удержаться, осажденные подожгли укрепление и удалились в Большой город.
У стен Большого города осаждающие построили укрепление, откуда открыли огонь из осадных орудий. Ядра пробивали деревянные стены, но не разрушали их. Тогда стали бросать каленые ядра по способу, изобретенному Баторием во время венгерских междоусобных войн, но и против них полоцкие стены оказались неуязвимыми. СМ. Соловьев писал: «…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».
Отдавая должное врагу, король Стефан писал, что «московиты в обороне крепостей стойкостью и мужеством превосходят все иные нации».
Царь, узнав об осаде Полоцка, двинул туда передовые отряды под начальством окольничих Бориса Шеина и Федора Шереметева. Но эти воеводы, увидев, что все дороги к Полоцку перегорожены войсками Батория, заняли крепость Сокол и оттуда препятствовали подвозу фуража и продовольствия к осаждавшим, избегая столкновений в чистом поле с высланными против них полками под начальством Кшиштофа Радзивилла и Яна Глебовича.
Вскоре в лагере осаждавших начался голод. Положение их осложнялось еще и тем, что начались проливные дожди, дороги размыло, обозные лошади падали, а ратники не могли найти сухого места даже под шатрами. Особенно страдали немцы, привыкшие воевать в богатых, густо населенных странах.
Не видя способа справиться с возникшими трудностями, король созвал военный совет. Большинство воевод высказалось за то, чтобы немедленно идти на приступ, но Баторий не согласился. «Если приступ не удастся, — говорил он, — что тогда останется делать? Отступить со стыдом!» Пообещав венграм большие награды, король уговорил их подобраться к стенам крепости и зажечь их одновременно со всех сторон.
В первый же выдавшийся ясный день, 29 августа, венгры подкрались к стенам и подожгли их. Пламя быстро распространялось, и осажденные в течение целого дня не могли потушить пожары. А король с большей часть войска в это время стоял на дороге к Соколу, боясь, что засевшие там русские воеводы, увидев зарево, двинутся на помощь Полоцку. Однако помощи не было, и осажденные стали думать о сдаче. Десять русских посланников спустились со стен, чтобы начать переговоры, но венгры убили их, поскольку не желали никаких переговоров, а хотели взять крепость приступом, чтобы потом разграбить. Особенно мадьяр прельщала церковь Святой Софии, о богатствах которой ходили легенды. Поэтому венгры, не дождавшись королевского приказа, кинулись в город сквозь пылавшие стены, а за ними двинулась и польская пехота. Но защитники города к этому времени уже успели выкопать ров в том месте, где прогорела стена, встретили нападавших залпами из пушек и отогнали их.
На следующий день пожары и натиски осаждавших возобновились. Тогда стрельцы во главе с воеводой Волынским вновь послали людей для переговоров. На этот раз переговоры состоялись, и город был сдан с условием свободного выхода всем ратным людям. Причем некоторые поступили на службу к королю Стефану, но большинство предпочли вернуться в Россию.
В московских Разрядных книгах о капитуляции города записано: «Король Стефан Полоцк взял изменою, потому что изменили воеводы, что были худы, а милы были им жены, а как голов и сотников побили, то воеводы город сдали, а сами били челом королю в службу с детьми, с людьми и со стрельцы. Всего воинского люду в Полоцке было 6000. Сдал Полоцк королю Петр Волынский со стрельцами».
Среди тех, кто отличился под стенами Полоцка, был запорожский казак Корнила Перевал. Король дал казаку наследственное дворянство и герб с изображением натянутого лука со стрелой. Через десять лет потерявший в боях здоровье Корнила вышел в отставку и нажил сыновей Рыгора и Богдана, положив начало знаменитому роду Перевальских, которые со временем станут именоваться на польский манер Пржевальскими.
Вслед за Полоцком войска Батория до конца 1579 г. овладели и рядом близлежащих укрепленных городков и замков. Козьян и Красный казаки под началом Франтишка Жука взяли еще до начала осады Полоцка. Козьян разрушили сразу, а с Красным вышла иная история: приставив к стенам лестницы, казаки ворвались в крепость, захватили вместе с гарнизоном продовольствие и несколько бочек вина. Как следует отпраздновав победу, казаки крепко уснули, а тем временем из замка Суша тихо подошел отряд из восьми сотен стрельцов и, перебив сонных победителей, сжег крепость.
После взятия Полоцка литовский отряд князя Константина Лукомского двинулся к крепостце Туровля. Московские воеводы бросили крепостцу со всеми орудиями и припасами и бежали. На радостях князь и его воинство перепились и начали стрелять из орудий. От попадания мортирной бомбы деревянные постройки загорелись, и крепостца выгорела дотла.
Деревянная одиннадцатибашенная крепость Сокол стояла на высоком холме при слиянии рек Нищи и Дриссы. Сокол был осажден немецкой пехотой и польской кавалерией. Несколько каленых ядер подожгли деревянную стену. У командовавшего конным отрядом Шереметева нервы не выдержали, и он пошел на прорыв. Польская кавалерия гнала русских несколько верст, зарубив многих, включая Шереметева. Пешие стрельцы под командованием воеводы Шеина под ударом немцев отступили в замок. Причем около пятисот наемников на плечах русских ворвались в замок, однако стрельцам удалось закрыть ворота и перебить немцев всех до единого.
