1 września

Polacy bezskutecznie próbowali przerwać oblężenie Kremla, by dostarczyć aprowizację jego polskiej załodze dowodzonej przez Mikołaja Strusia. 1 września wojska polsko-litewskie uderzyły z zachodu na przedmieścia Moskwy. Atak polskiej husarii początkowo przełamał szyki jazdy rosyjskiego dworiaństwa. Uderzenie wsparła piechota węgierska, niemiecka i polska. Jednak jednocześnie nastąpiło odsłonięcie prawego skrzydła wojsk Rzeczypospolitej, na które z flanki uderzyła niespodziewanie zza rzeki Moskwy jazda kozaków dońskich Dmitrija Trubieckiego. W tym samym czasie niepowodzeniem zakończył się wypad oddziałów garnizonu Kremla na tyły wojsk moskiewskich. Tego dnia straty obu stron wyniosły około 1000 zabitych.

3 września

Chodkiewicz postanowił tym razem uderzyć na Moskwę poprzez jej południowe przedmieście Zamoskworieczie. Pod mury Kremla wzdłuż Moskwy przeniknęło 600 piechurów węgierskich, którym udało się zdobyć przyczółek mostowy. Jednocześnie w ich kierunku uderzyły główne siły polsko-litewskie. Tu ugrzęzły jednak w ciasnych uliczkach Zamoskworieczia, gdzie stały się łatwym celem kontrataków Rosjan. Operacja ostatecznie się nie powiodła. Obie strony straciły 500 zabitych.

Wynik

Bitwa zakończyła się taktycznym zwycięstwem Rosjan. Pozbawiony aprowizacji polski garnizon Kremla skapitulował 7 listopada 1612. 8 grudnia idący z kolejną odsieczą król Zygmunt III Waza na wieść o poddaniu się Moskwy zawrócił swoje wojska spod Wołokołamska.