Стены полоцкого посада перестали быть преградой для русских войск. Гарнизон нес серьезные потери. В результате воевода велел посад сжечь, а гарнизону отойти в Верхний замок – городскую цитадель. Задержавшиеся поляки были, по образному выражению летописи, «вбиты» в замок атакой русских отрядов князя Дмитрия Хворостина и князя Дмитрия Овчинина.
Переговоры со стороны Иван Васильевича были двойной уловкой. Ему удалось не только придвинуть туры поближе к неприятелю, но и смутить умы полочан. В городе была партия доброжелателей Москвы (например, православное духовенство). В далеком 1514 г. Василий III получил в свои руки Смоленск в значительной степени потому, что в городе многие склонялись к переходу под руку Москвы, и это обстоятельство удалось с выгодой использовать. Горожане, вышедшие из горящего полоцкого посада в расположение московских войск, отчасти оправдали ожидания Ивана IV. Они не могли открыть ему ворота или помочь в штурме замка. Но русским воеводам были показаны секретные лесные ямы, где был сокрыт значительный запас продовольствия…
Осадные орудия были поставлены на пожарище, передвинулись и туры. 11–14 февраля московский «наряд» возобновил разрушительную работу на новых позициях. Ядра разбивали замковую стену, достигая противоположной стены, защитники замка несли от них жестокий урон. Русские артиллеристы использовали зажигательные снаряды (то ли раскаленные ядра, то ли сосуды со специальной смесью). В замке полыхнули пожары.
Таким образом, казанский урок по части инженерного дела и артиллерии также был отлично усвоен государем…
Пушки били без перерыва на протяжении нескольких суток. Московские ядра уничтожили 20 % замковых стен, превратив их в подобие стариковской челюсти с выпавшими зубами… Гарнизон принужден был одновременно защищать замок, чинить стены и тушить пожары. Довойна устроил отчаянную вылазку, но она была отбита. За всю осаду русская армия потеряла менее ста бойцов, хотя защитники и нападающие как минимум трижды вступали в рукопашный бой. По тем временам это были ничтожные потери. Таким образом, положение обороняющихся стало безнадежным, в то время как московские полки готовились к решающему штурму. Он должен был состояться 15 февраля.
Но в этот день полоцкий воевода утратил твердость духа. Он сдал городское знамя и отправил епископа со священниками за ворота, чтобы те уговорили Ивана Васильевича начать переговоры о сдаче Замка. Царь захотел вести их только с самим Довойной, и тот вынужден был прибыть в русский стан, где смог выторговать лишь одно условие: жизнь. Уже после сдачи, по некоторым источникам, поляки попытались наперекор достигнутому соглашению организовать оборону. Однако и они в конце концов оставили позиции, когда царь пообещал отпустить их, беспрепятственно проведя со всем имуществом сквозь ряды московских полков. Обещание было впоследствии исполнено.