К лету 1579-го года, во время Ливонской войны, Великий князь Литовский и король Польский Стефан Баторий собрал значительные войска. На одном из проводимых советов предлагалось идти на Псков (именно такой вариант действий предполагал Иван Грозный, отправляя туда большое войско). Но королем Речи Посполитой было принято другое решение, он приказал иди на Полоцк. Его решение было аргументировано тем, что именно с этой стороны идет непосредственная угроза от московитов для ВКЛ и Вильно.
Перед началом военной компании 17-го июля в Дисне Стефан Баторий устроил смотр войск. Армия численностью около 43000 человек состояла из: 12000 всадников, выставленных литовскими панами и 15000 всадников литовского ополчения, которыми командовал Николай Радзивилл Рыжий, 6000 польской конницы, 2400 человек пехоты и 2600 всадников венгерских наёмников под командованием Каспара Бекеша, 2500 трансильванских всадников под командованием Христова Батория (брата Стефана Батория) и 2000 немецкой пехоты.
Изначально к Полоцку Баторий отправил Радзивилла с литовскими войсками и Бекеша с венграми, а сам пошел следом за ними. Радзивилл Рыжий спешил как можно быстрее занять все дороги к Полоцку, чтобы не дать возможности московскому гарнизону получить подкрепление. Однако, за два дня до подхода к Полоцку литовских войск, в город успела прийти подмога. Радзивилл послал в город грамоту с предложением сдаться. В ответ московиты, желая показать свою мощь, вышли за городские стены и построились в боевой порядок, но первая же литовская конная атака погнала врагов обратно за стены.
Полоцк захватить было трудно даже для многочисленного войска. Московский гарнизон насчитывал 6000 человек под командованием князя Василия Телятевского и Дмитрия Щербатого. В распоряжении гарнизона была хорошая артиллерия, большие запасы оружия, пороха и провианта. Так же Полоцк был обнесен высокой деревянной стеной, а основными твердынями являлись два замка – Высокий и Стрелецкий острог. Основной, Высокий замок, стоял в слиянии рек Полоты и Двины и был прикрыт городским посадом – Заполотье. Оба замка московиты хорошо укрепили высокими башнями, широкими стенами и глубокими рвами, которые были полностью залиты водой после прошедших дождей. Проблемой для штурмующих являлись входившие в систему обороны города близлежащие замки: Красное, Ситна, Суша и Казьян, из которых могли делаться вылазки в тыл осаждающих. Радзивилл заранее позаботился об устранении данной проблемы, еще до прихода основных сил. Замок Казьян и Ситна были захвачены, а остальные заблокированы, в том числе и замок Сокол, где осело не сумевшее пробраться в Полоцк посланное Иваном Грозным подкрепление во главе с воеводой Борисом Шейном.
Основные силы во главе со Стефаном Баторием подошли к Полоцку 10 августа 1579-го года. И тогда московский воевода, для устрашения, приказал вывести всех пленных литвинов и поляков на городские стены, и на глазах осаждающих отдал команду их убить. Затем трупы нескольких литвинов были прибиты к брёвнам и выкинуты в Двину. Однако вместо страха такой поступок породил лишь ненависть, гнев и яростное желание мести.
Со второго дня осады начался обстрел из пушек городского посада – Заполотье. Московиты, решив, что не смогут оборонять посад, сожгли его и отошли в Верхний замок. После повторного осмотра укреплений Полоцка Баторий приказал занять сгоревший посад и вести оттуда огонь из пушек, так как с этой стороны замок был менее защищен, а кроме того рвы там оказались меньшей глубины, чем в других местах. Но этот план не сработал, так как ядра пробивали деревянные стены вместо того, чтобы их разрушать. Не удалось и поджечь стены калеными ядрами из-за ежедневных дождей. Оказались безуспешными все попытки смельчаков, переплывавших через Полоту и пытавшихся поджечь стены. Московиты их встречали огнём из пушек, а на головы тех, кому удавалось подбежать под стены, летели камни и тяжелые брёвна. Некоторым, достигшим цели, удавалось зажечь огонь, но его тут же заливали сверху водой защитники крепости.
Московиты отчаянно отбивались, отстреливаясь из пушек и даже совершали ночные вылазки. Одна из которых стала роковой для немецкой пехоты. В один из дней, не известно по каким причинам, то ли из-за косившей ряды солдат дизентерии, то ли от потери бдительности они все напились. Московиты не упустили свой шанс и воспользовались беспечностью немцев, они совершили стремительный набег и взяли в плен большое количество сонных солдат. Тех, кого схватили, ждала страшная участь, часть из них сварили заживо, а другой части немцев проткнули плечи и, протянув через раны верёвки, повесили умирать на стены.
Дожди не могут идти вечно, и в один день они прекратились, выглянуло солнце, и смельчаки снова попытались поджечь подсохшие стены замка. Среди этих храбрецов оказался и некий мещанин из Львова, ему удалось под пулями подобраться к стенам и поджечь башню. Тем же путем он вернулся обратно в лагерь. За этот подвиг Стефан Баторий даровал ему шляхетство и фамилию Полотински.
От загоревшейся башни пожар пополз на стены. Положение становилось отчаянным, кто-то попытался сдаться венграм, но был тут же убит. Венгры расправились и с 10-ю московскими посланниками, которые спустились со стен для переговоров о сдаче города. Венгерским наёмникам не была выгодна добровольная сдача, так как они хотели ворваться в город с целью разграбить и унести как можно больше добра. Тяга к наживе в итоге сыграла с венграми злую шутку, не дожидаясь приказа своего командования, они ринулись сквозь горевшую стену в замок, однако московиты, пока стена горела, успели вырыть ров и отогнали нападавших из пушек.
На следующий день, по приказу Батория, венгры захватили укреплённый ночью московитами вал напротив сгоревшей стены. Они построили там шанцы (небольшое земляное фортификационное укрепление), а несколько смельчаков подожгли близлежащую башню. Положение обороняющихся стало почти безнадёжным, фланги были оголены и замок можно было обстреливать со всех сторон прямой наводкой.
Стрельцы и боярские дети решили сдаться 30 августа 1579 года, сопротивлялись только воеводы и епископ Киприян, скорее из страха перед гневом Ивана Грозного за сдачу города. Они решили взорвать замок, но их же солдаты не дали им этого сделать. После того как город был очищен от трупов, Стефан Баторий торжественно въехал в Полоцк. В честь победы он приказал построить в городе католический храм, а Софийский собор оставить за православными. Так же отдельным указом он объявил полную свободу православного вероисповедания в Литве, и в тех землях которые он освободит или отвоюет у Ивана Грозного. Сдавшихся московских солдат, которые не пожелали переходить на службу в войска Речи Посполитой, Стефан Баторий хоть и не сразу, но в итоге отпустил.
Победителям достались хорошие трофеи: 38 пушек, 600 ручниц, большие запасы оружия, пороха и провианта. Венгерским и польским наёмникам, к их сожалению, богатой добычи не досталось, так как за 6 лет до этого, Иван Грозный приказал вывести почти всю казну и другие богатства из Полоцка. Освобождённый город был уже не тем, о котором секретарь Стефана Батория Рейнгольд Гейденштейн написал так – «Не верилось, что некогда этот город богатством своим превзошел и саму Литовскую столицу Вильну».