Русские начали покидать крепость. Тогда воеводы, в том числе сам Курбский, несколько раз посылали за царем, который все это время молился в лагере. Как писал Курбский, Ивана IV насильно выволокли, посадили на коня и, взяв коня под уздцы, повели к стенам города. Вид царя должен был остановить бегущих. В этот критический момент не растерялся двоюродный брат царя Владимир Андреевич Старицкий. Он от имени Ивана приказал двадцатитысячному царскому полку, то есть последнему резерву, прекратить охрану царской Ставки и войти в город через арский пролом.
Царский полк и решил исход сражения в Казани. В городе остались лишь отдельные очаги сопротивления, но еще держался замок — Ханский двор, где находился Ядыгер. Окруженные татары закричали русским: «Пока стоял юрт и место главное, где престол царский был, до тех пор мы бились до смерти за царя и за юрт. Теперь отдаем вам царя живого и здорового. Ведите его к своему царю! А мы выйдем на широкое поле испить с вами последнюю чашу».
Выдав царя вместе с тремя приближенными вельможами, татары, около 600 человек, бросились прямо со стены к берегу Казанки, пытаясь пробиться к реке, но были встречены залпом из русских пушек. Тогда татары повернули налево вниз, скинули доспехи, разулись и перешли речку. Князья Андрей и Роман Курбские обскакали татар, врезались в их ряды, но были смяты. Оба князя Курбских были серьезно ранены. И лишь подход новых сил под командованием князей Микулинского, Глинского и Шереметева помог нанести прорвавшимся татарам окончательное поражение. Уйти в лес удалось лишь немногим во главе с сардаром Мохаммед-Бахадиром.
Узнав, что Казань в руках русских, Иван IV велел служить молебен под своим знаменем. После молебна все бояре и воеводы поздравили царя, а князь Владимир Андреевич сказал: «Радуйся, царь православный, божиею благодатию победивший супостатов! Будь здоров на многие лета на богом дарованном тебе царстве Казанском!» Иван ответил на это: «Бог это совершил твоим, князь Владимир Андреевич, попечением, всего нашего воинства трудами и всенародною молитвою. Буди воля господня!»
Тут подъехал и Шах-Али с поздравлениями. Татарскому царю, поздравляющему с разрушением Татарского царства, Иван счел приличным ответить оправданием: «Царь господин! Тебе, брату нашему, ведомо: много я к ним посылал, чтоб захотели покою. Тебе упорство их ведомо, каким злым ухищрением много лет лгали. Теперь милосердый бог праведный суд свой показал, отомстил им за кровь христианскую».
Царь приказал очистить от трупов одну улицу от Муралеевых ворот до Царева двора и въехал по ней в город. Впереди ехали воеводы и дворяне, сзади — князь Владимир Андреевич и Шах-Али.
До начала осады население Казани превышало 65 тысяч человек. После захвата и учиненного русскими погрома из мужчин в живых осталось 500 кара-муслимов (то есть русских, принявших ислам) и мусульман, и то лишь потому, что за них попросил Шах-Али.
Вечером 2 октября около мечети «Мохаммед-Алам» запылали огромные костры: русские вытаскивали из мечети «тысячу связок книг» и сжигали. Булгары из Восточной Мещеры, вошедшие в Казань уже после ее взятия, увидев такое варварство, остолбенели. Опомнившись, они стали бросаться в костры и, обжигаясь, выхватывать из них священные книги. Это были книги, привезенные из Ирана и Ближнего Востока Мухамедьяром и подаренные им Сююмбике, а та подарила их мечети «Мохаммед-Алам».
11 октября Иван IV двинулся в обратный путь. Царь с пехотой плыл на судах, а конница шла берегом. Править Казанским краем Иван оставил князя Александра Борисовича Горбатого-Шуйского с 14 тысячами ратников.
1 ноября 1552 г. состоялся торжественный въезд Ивана IV в Москву. Царь решил устроить себе триумф по типу римских императоров. Перед ним по Москве провели пленных: бывшего хана Ядыгера, огланов, князей, мурз, их жен и детей. Чтобы привлечь как можно больше внимания москвичей к торжественному въезду царя-триумфатора, по улицам водили не только знатных казанских вельмож, но и верблюдов, конфискованных у азиатских купцов, приехавших по своим торговым делам в Казань. Вслед за этой экзотической процессией въехал сам царь Иван Васильевич.
С 8 по 10 ноября в честь победы в Москве закатили трехдневный пир. К царскому столу были приглашены высшее духовенство, князья и отличившиеся в боях дворяне. Все три дня раздавались подарки митрополитам и владыкам, а также награды воеводам и воинам, начиная с князя Владимира Андреевича и до последнего сына боярского. Кроме вотчин, поместий и кормлений было роздано денег, платьев, драгоценных сосудов, доспехов, лошадей и др. на 48 тысяч рублей, то есть на небывалую по тем временам сумму. Награбленного в Казани хватило всем.