Уже после подписания договоренностей о политическом союзе Казани с Москвой, по которому устанавливались федеративные отношения сторон, после принесения присяги всеми казанцами, в тот день, когда к городу подъехал русский наместник – несколько казанских князей затворили ворота и подняли бунт. А затем… пригласили на ханство очередного иностранца, представителя чингизидов.
В июне 1552 года, уже после военной реформы, русские войска подошли к Казани вместе с казанскими булгарами, касимовскими татарами, мордвинами и чувашами. Крымский хан, чтобы сорвать этот поход, напал на Тулу, но был отброшен. Россия совершенно явно собрала силу.
В августе русские перешли Волгу и осадили Казань. Командовали войсками воеводы князья Андрей Михайлович Курбский и Михаил Иванович Воротынский. В составе русских войск было до 60000 российских татар; защищали Казань крымские татары. Город окружили кольцом укреплений, построили для штурма передвижную башню с пушками. Строительством осадных сооружений руководил строитель Свияжска военный инженер дьяк Иван Выродков. Взрывом минной галереи разрушили подземный водовод, подававший в город воду из большого озера. Через 1,5 месяца осады новым взрывом разрушили стену и 2 октября 1552 года Казань взяли штурмом, несмотря на героизм защитников. Все взрослое население погибло или разбежалось.
В 1556 году взяли Астрахань. Затем и Большая Ногайская Орда между Волгой и Уралом признала зависимость от Ивана IV.
Теперь весь путь по Волге принадлежал России.
Расширение государства за счет присоединения земель, населенных самобытными народами, потребовало коренной реформы местного управления. Она и была проведена в 1555—1556 годах. Вместо «кормлений» наместников и волостелей на местах ввели самоуправление. (Его пытались ввести еще в 1539). Отныне страна делилась на уезды, которые состояли из города и сельских общин, соединенных в волости и станы (пригородные волости). В городах и волостях из «лутших» посадских людей и черносошных крестьян выбирали на один – два года земских старост. Они вели раскладку податей и повинностей, записывали «в тогло», контролировали меры и весы, клеймили лошадей, проводили мирские выборы. Коллегия земских старост вела суд по мелким гражданским и уголовным делам.
Следующий уровень самоуправления представляли губные старосты. Духовенство, дворянство и черные крестьяне выбирали в городе и уезде из высшего дворянства двух губных старост, которые вели следствие и суд по особо опасным делам, могли выносить смертные приговоры. Они подчинялись созданному еще в 1539 году Разбойному приказу (ныне МВД). В помощь им выбирались из лучших посадских и крестьян губные целовальники (присяжные заседатели), дьячки (секретари) и полицейские чины (сотские, пятидесятские, десятские). Губные старосты и выборные городовые приказчики (судейские чиновники) вели контроль над земством. Помещичьих и боярских крестьян судили сами помещики и бояре, за исключением убийств и грабежей.