Просидев в Полоцке до середины августа, пока не сдался гарнизон замка, Прозоровский получил от царя указ держать все русские армии, участвующие в войне, под своим началом и, оставив в Полоцке своего сына Ивана и отряды боярина Лукомского, ушёл к Смоленску.

Как и ожидалось, армия нового польского короля, составлявшая около двадцати тысяч человек, уже обложила многострадальный русский город. Король Владислав находился в войске, это рассказали все пойманные у Смоленска во языци ляхи.

«Что же, надо так обложить эту лису, чтобы она никак не смогла от нас сбежати», — радовался Прозоровский.

Радоваться было отчего: сильный гарнизон Смоленска да вкупе с его армией — это большая сила. Опять поскакали в Москву гонцы, извещая царя о сложившейся у стен Смоленска ситуации. Прозоровский писал, что при приближении русской армии «неприятель смотрел на это и ни разу не выстрелил и не двинулся из своих острожков». Пассивность Владислава дорого ему обошлась: в тот же день Прозоровский атаковал его фланг у Покровской горы, и, хотя атака русских провалилась, поляки поняли, что им не суметь отбить в будущем такие же атаки московитов. А войск у князя было почти в полтора раза больше, да и артиллерии на стенах и укреплениях Смоленска было в достатке, как и порохового зелья. Войска Прозоровского строили земляные и деревянные укрепления, налажено было артиллерийское взаимодействие с гарнизоном. Войска со стен неустанно поливали врага свинцом, сея в его порядках разорение и смятение. Все вылазки ляхов неизменно заканчивались провалом, попытки улизнуть из окружения разбивались о стену русских войск, а все попытки просочиться к королю отрядов с припасами извне умело пресекались конными отрядами московитов.

Спустя полмесяца в польской армии начался голод, сначала ели многочисленных лошадей, и тут разгорались настоящие сражения — далеко не каждый шляхтич отдаст своего боевого друга и верного товарища на съедение. За иных коней погибало немало народу в кровавых стычках. А через месяц Владислав заговорил о мире и свободном проходе его войска в Польшу. Присланные царём бояре вели переговоры с осаждённым монархом, в результате которых Владислав отказался от прав на русский престол и соглашался тайно выплатить тридцать тысяч рублей золотом, а также заключить мир между державами сроком на двадцать лет. Переговоры, проходившие в Речице, закрепляли за Московией её завоевания в Литве: помимо Смоленска, к московитам отходил Полоцк на северо-западе, Витебск, Орша, а также Мстислав на южном фасе действий русских войск.