Однако вынудить жителей к сдаче города голодом было невозможно, так как шведские корабли снабдили Ревель всем необходимым. Бомбардировка города тоже ничего не дала. 16 марта 1571 года Магнус сжег свой лагерь и отступил от Ревеля.
Неудачу Магнуса в дальнейшем стали объяснять тем, что датский король Фредерик II не оказал ему никакой поддержки, так как номинально он стоял во главе русских войск. Кроме того, Фредерик в самый разгар осады оказал шведам услугу: заключил с ними 13 декабря 1570 года Штеттинский мир, позволив им тем самым высвободить флот и направить его к осажденному Ревелю.
В конце 1572 года 80-тысячное русское войско, во главе которого был сам царь, вступило в Эстляндию. Город Вейсенштейн был взят приступом, при котором пал царский любимец, опричник Малюта Скуратов-Бельский. Пришедший от этой потери в страшную ярость царь повелел сжечь живьем всех пленных шведов и немцев. Овладевши Вейсенштейном, Иван IV возвратился в Новгород.
Русские же воеводы продолжали военные действия в Эстляндии. Они взяли Нейгоф и Каркус. Но в чистом поле русские войска не могли противостоять хорошо обученной и соблюдавшей «европейский» строй шведской пехоте. У местечка Лоде русские войска потерпели поражение от шведского генерала Клауса Акесона Тотта.
13 июля 1575 года на реке Сестре возле Систербека встретились русские и шведские послы и подписали странное перемирие. Оно касалось лишь русско-шведской границы на Карельском перешейке и в Карелии. Спор же об Эстляндии должен был решиться оружием.
В начале 1576 года шеститысячный русский отряд вновь вторгся в Эстляндию. Города Леаль, Лоде, Фикель, Габсаль сдались им без выстрела. Эзель был опустошен. Падис сдался после однодневной осады, и шведы тщетно пытались взять его снова.
В январе 1577 года 50-тысячное русское войско явилось под Ревель и расположилось здесь пятью лагерями. На этот раз русские располагали довольно приличной осадной артиллерией. Согласно летописи, у них было 28 пушек: четыре пушки, стрелявшие каменными ядрами по 225 фунтов, три пушки калибра 55-58 фунтов, шесть пушек от 20 до 30 фунтов и пятнадцать пушек от 12 до 6 фунтов.
Русские полтора месяца обстреливали Ревель. Чтобы поджечь город, они круглосуточно вели по нему огонь раскаленными ядрами. Однако горожане приняли все меры противопожарной защиты. Были удалены все легковоспламеняющиеся предметы, организовано дежурство жителей и т.д. Ревель был хорошо укреплен, а орудий на его стенах было в пять раз больше, чем в русской осадной артиллерии. В итоге русским пришлось снять осаду с города.
1 мая 1576 года на польский престол вступил (был избран) князь Трансильвании Стефан Баторий. Стефан был видным полководцем, имел неплохое наемное войско из венгров и немцев и пользовался популярностью среди воинственно настроенной польской шляхты.
Вскоре Стефан Баторий взял Полоцк, а затем Велиж и Усвят, осадил Великие Луки и в 1581 году подошел к Пскову. Битва за Псков стала самой яркой страницей Ливонской войны. Баторий привел под Псков 100-тысячное польско-литовское войско. Русские; под командованием князя Ивана Петровича Шуйского отбили 31 штурм неприятеля и сами 46 раз совершали смелые вылазки в стан осаждавших. Героическая оборона псковичей спасла Ивана IV от полного поражения. Неудача под Псковом вынудила Стефана Батория пойти на мирные переговоры с царем. Перемирие сроком на 10 лет с Польшей и Литвой было подписано 5 января 1582 года в Яме-Запольском при участии посредника от папы римского Антония Поссевино. По этому соглашению Россия уступила Польше всю Ливонию, Полоцк и Велиж на границе Смоленской земли, но сохранила за собой устье Невы.
В августе 1583 года на мызе в устье реки Плюссы при впадении ее в Нарову был заключен так называемый «Первый Плюсский русско-шведский перемирный договор».