Полоцк был взят после трехнедельной осады на рассвете, «как нощные часы отдало» 15 февраля 1563 г. Его укрепления оказались почти полностью разрушеными русской артиллерией. Не дожидаясь неминуемого штурма, полоцкий воевода С. Довойна сдал крепость русскому командованию. Незадолго до рассвета «прислали ко царю и великому князю бояре и воеводы князь Василеи Серебрянои да князь Михаило Репнин Оболенские Шарапа Федцова с тем, что з города кличют, и владыка и воевода полотцскои Довоина город государю здают да и знамя городцкое з города здали. А то знамя прислали воеводы ко государю с Ываном с Кобылиным». В плен попал весь полоцкий гарнизон. Оставив себе захваченный в крепости «наряд» (20 орудий) и казну, царь все прочие богатства отдал воинству, как и при взятии Казани в 1552 г. В течение двухнедельной осады Полоцка русское войско потеряло убитыми 86 человек: «Убили пеших четырех детеи молодых да голову казатскую, а стрелцов 66 человек, да боярских людеи 15 человек».

Полоцкая крепость сильно пострадала во время осады, поэтому оставленные в городе воеводы П. И. Шуйский, В. С. и П. С. Серебряные получили наказ возобновить старые укрепления, разрушенные русской артиллерией. Помимо ремонтных работ, они должны были возвести дополнительные оборонительные сооружения в наиболее уязвимых местах, обнаруженных в ходе боев за Полоцк: «Да которые места будет пригоже поделати, и бояром и воеводам те места нужные велети поделати, и покрепити, и землею насыпати, в котором месте как пригоже, чтоб было безсташно; да и ров около города изсмотрити, и внутри города; да где будет надобе с приступных мест рвов старых почистити и новые покопати, посмотря по местом да и в остроге за Полотою, бояром и воеводам изъездити, и изсмотрети, и посментити которое место выгорело, и то место велети заделати накрепко, стены в три, или в четыре, как будет пригоже, и землею насыпати, и подошвенные бои и башни поделати, для стенного бою, и рвы старые около стен поделати, а будет в котором месте пригоже, рвы и новые покопати».

Одновременно с этим, началась подготовка к новым операциям против Литвы. Однако вскоре после блестящей победы под Полоцком русские рати стали терпеть поражения. Литовцы, встревоженные потерей одной из лучших своих крепостей, прикрывавшей северо-восточные рубежи своей страны, собрали все наличные силы, направив их к московской границе. Командовавший литовской армией гетман Николай (Миколай) Радзивилл хорошо подготовился к новому русскому наступлению и нанес царским воеводам неожиданный контрудар.

Сражение на реке Уле (у деревни Овлялицы), обернулось тяжелым поражением для русской армии прежде всего из-за полной неожиданности неприятельского нападения. Войско воевод П. И. Шуйского, князя Федора Ивановича Татева и Ивана Петровича Охлябинина, насчитывавшее около 18 тыс. человек, в январе 1564 г. двинулась из Полоцка к Орше. У села Барань «на Друцких полях» оно должно было соединиться с войском князей П. С. и В. С. Серебряных, которое, почти одновременно с полоцкой ратью выступило из Вязьмы.

В походе русские воеводы, успокоенные прошлыми победами, не приняли необходимых мер предосторожности. Не велась разведка, отряды служилых людей двигались по узким лесным дорогам нестройными толпами без оружия и доспехов, которые везли за ними следом на санях. Никто даже не подумал о возможном нападении литовцев. Тем временем, находившиеся первоначально в Лукомле, гетман Николай Радзивилл Рыжий и польный гетман литовский Григорий Ходкевич, получив через лазутчиков точные сведения о русском войске, двинулись ему навстречу.

В глухих чащобах близ реки Улы (соврем. Улла) литовцы подстерегли московскую рать. 26 января 1564 г. у деревни Овлялицы противник неожиданно атаковал ее на тесной лесной дороге. Войско противника было сравнительно немногочисленно (4 тыс. человек), но его неожиданному удару сопутствовал полный успех. Не успев принять боевой порядок и вооружиться, русские воины поддались панике и начали спасаться бегством, бросив обоз — 5 тыс. саней. Главный воевода князь Петр Иванович Шуйский за свою поразительную беспечность заплатил собственной жизнью. Один из лучших русских полководцев, знаменитый покоритель Нейгауза (Новогородка), Кирнпе (Керепети), Дерпта (Юрьева Ливонского), Лаиса (Лаюса) и других ливонских крепостей и замков погиб, по одним сведениям, в начавшемся избиении своих почти безоружных воинов, по другим — был убит местными крестьянами.

В числе павших на Уле москвичей были и другие русские военачальники князья Семен Дмитриевич и Федор Дмитриевич Палецкие. В плен попали командовавший Передовым русским полком воевода Захарий Иванович Очин-Плещеев, третий воевода Большого полка И. П. Охлябинин и 700 человек дворян и детей боярских. Узнав о разгроме войска Шуйского литовцами, вторая русская рать князей П. С. и В. С. Серебряных отступила от Орши к Смоленску, по дороге разорив окрестности Могилева, Мстиславля и Кричева. 9 февраля 1564 г. войско, перейдя смоленский рубеж, благополучно вернулось на свою сторону.

Вскоре после поражения под Улой (в апреле 1564 г.) из Юрьева (Дерпта), в Литву, спасаясь от царской немилости, бежал известный русский военачальник, когда-то пользовавшийся особым расположением царя, боярин и воевода князь Андрей Михайлович Курбский, имевший подробную информацию о численности, местах сосредоточения и планах русского командования.

Военные действия, шедшие летом 1564 г., представляли собой обмен ударами на разных направлениях, которые отвлекали силы противника с одного участка фронта на другой. В этих условиях сведения о расположении главных сил московской армии, полученные в Вильне от А. М. Курбского, приобрели исключительно важное значение. Раньше других началось контрнаступление литовских войск в Ливонии. В июне 1564 г. (по псковской летописи в июле) гетман Александр Полубенский напал на «юрьевские волости». В ответ на этот набег юрьевский воевода Михаил Яковлевич Русалка Морозов послал отряд Дмитрия Кропоткина на «немецкие пригороды». В августе псковское ополчение Василия Вишнякова отбило несколько нападений литовских отрядов на порубежные места. В сентябре черниговские воеводы князь Василий Иванович Прозоровский и Фома Иванович Третьяков нанесли поражение пришедшему на Северскую «украину» войску Петра Сапеги. В бою русские ратники «знамя Сапегино взяли». Тогда же большая рать Николая (Миколая) Юрьевича Радзивилла приходила к Полоцку, но после трех недель безуспешной осады заново укрепленного города, отряды противника отступили, «а городу ничего не учинили».

Неудачей закончился предпринятый русскими воеводами поход к находившейся на псковском рубеже литовской крепости Озерище (ныне Езерище, недалеко от одноименного озера), в 56 верстах севернее Витебска. Здесь 26 июля 1564 г. произошло сражение между осаждавшей крепость 13-тысячной русской ратью воеводы Юрия Ивановича Токмакова Ноздроватого и 12-тысячным литовским отрядом витебского воеводы Станислава Паца. Русскому военачальнику удалось отойти, избежав разгрома, но осуществить главную цель похода, взяв стратегически важную литовскую крепость, не удалось.

В поход на Озерище невельские воеводы Ю. И. Токмаков и Федор Борисович Шафер Чеглоков выступили 22 июля и в этот же день осадили крепость. Русское войско состояло из «конных людей и пеших» и из «судовых людей». В то же время летописец отметил, что «наряд» у русских воевод был лишь «лехкий». Осада продолжалась всего 4 дня. Взять город при помощи полевых орудий не удалось. Ожидая прихода из Витебска «литовских людей», Ю. И. Токмаков «все дороги позасек, которые были к Озерищам». Тем не менее войску С. Паца, шедшему на помощь осажденному гарнизону, удалось пройти русские засеки. Токмаков, сняв осаду и отправив «наряд» и пехотные отряды в Невель, с одной лишь конницей атаковал литовцев. Русским воинам удалось смять передовой литовский отряд и захватить в плен 50 неприятельских воинов. Не вступая в бой с подошедшими к Озерищу основными силами литовского войска, конница Токмакова ушла, перед отступлением перебив всех взятых в плен литовцев.