Król zdecydował przejść do działań zaczepnych na terytorium wroga, odcinając komunikację okupowanych Inflant z państwem moskiewskim. Wielonarodową armię Batorego stanowili Polacy, Litwini, Węgrzy, Niemcy, Inflantczycy, Rusini, Tatarzy litewscy i Szkoci.

W skład sił mających odbić ziemię połocką wchodziło 29 741 jazdy i 11 973 piechoty. Wojskami koronnymi dowodził hetman wielki koronny Mikołaj Mielecki, siły litewskie przybyły pod dowództwem hetmanów wielkiego – Mikołaja Radziwiłła Rudego i polnego – Krzysztofa Radziwiłła Pioruna. Oddziałem piechoty węgierskiej dowodził Kasper Bekiesz.

Po przeprawie przez Dźwinę po moście łyżwowym wojska Batorego natrafiły na przeszkodę naturalną w postaci nieprzebytego gęstego lasu, który Iwan Groźny polecił zasadzić po aneksji Połocka w 1563. Wydatnie stępiło to impet polskiego uderzenia.

11 sierpnia 1579 rozpoczęło się oblężenie twierdzy połockiej.

Miasto poddało się 29 sierpnia. W ręce sił batoriańskich wpadły zapasy żywności, 38 ciężkich dział, 300 hakownic oraz 600 rusznic. Po stronie polsko-litewskiej było kilkuset zabitych.

Do zwycięstwa w dużym stopniu przyczyniła się piechota wybraniecka. Połock był twierdzą drewnianą, wojska Stefana Batorego wykorzystały to używając pocisków zapalających. Załoga po wybuchu pożarów skapitulowała. Całe oblężenie trwało zaledwie 20 dni (11-30 sierpnia). Dzięki zwycięskiej kampanii wódz mógł przeprowadzić w 1580 r. następną kampanię, wielkołucką.