Трудно было предполагать, какое сопротивление окажет последний из астраханских ханов Ямгурчей, который одно время даже хотел быть данником Москвы, но потом, обольщенный мнимым покровительством турецкого султана, пристал к союзу с крымским ханом Девлет-Гиреем и ногайским Юсуфом. Многие же ногайские мурзы, противники Юсуфа, просили царя, чтобы он отдал Астрахань изгнаннику Дербышу, прежнему властителю астраханскому еще до Ямгурчея и готовы были помочь московскому войску. Потому для покорения Астрахани Иван послал гонца в ногайские улусы с призывом к Дербышу срочно выступать и помочь отборному московскому войску.
Опрокинув сторожевые посты астраханцев, и взяв несколько пленников, воеводы узнали от пленных, что хан Ямгурчей стоит в пяти верстах от города в нижнем течении Волги, а в самом городе нет почти никого Высадившись в двух местах 2 июля, войска Пронского двинулись на астраханскую крепость, редкие защитники при первом же появлении русских побежали. Не встретив никакого сопротивления, наши войска вошли в крепость и заняли Астрахань. Вяземский же со своими полками решительно пошел на ханский стан, только и там не нашел никого. Ямгурчей увел свое войско к Азову, отпустивши своих жен и детей, а также своих знатных вельмож-чиновников на легких судах к морю эти суда со знатными пленниками были быстро перехвачены.
Все пленники тут же изъявили желание служить Дербышу и зависеть от русского царя, требуя единственно для себя сохранения жизни и личной свободы. После бескровного взятия Астрахани знатных князей и мурз набралось под пятьсот, а простых людей под десять тысяч. Новый астраханский властитель Дербыш от лица своих подданных поклялся высылать в Москву ежегодную дань сорок тысяч алтын и три тысячи ценных осетровых рыб. Вельможам предписывалось в случае смерти их властителя Дербыша не искать себе татарского или ногайского хана, а ждать, кого царь московский Иван пожалует им в законные правители. В клятвенной грамоте, скрепленной печатями, сказано было, что подданные русского царя могли теперь свободно ловить рыбу от Казани до Каспийского моря без обложения данью и пошлинами с налогами.
Оставив вместе с Дербышем для его безопасности Козаков, учредив порядок на астраханской земле, воеводы возвратились в Москву с пятью взятыми в плен царицами и великим множеством освобожденных русских невольников, томившихся в астраханских улусах
Царь Иван получил весть об успешном завершении астраханского похода в конце августа, в день, когда ему исполнилось 24 года. Основанная восточным деспотом Тамерланом Астрахань, на землях древнерусской Тмутаракани в его руках Благодаря бескровной победе Русь получила выход в Каспийское море: теперь Москва контролирует все течение Волги от истоков в тверской земле до дельты в астраханской. Персия и правители Центральной Азии вынуждены считаться с Москвой, потому и обязаны пустить русских купцов на свои богатейшие рынки
Празднуя свой день рождения, 29 августа 1554 года, с митрополитом Макарием и со всем своим двором в подмосковном селе Коломенском, обрадованный своей астраханской победой не менее, чем своему отцовству, царь ликует. Победителю пристало быть милосердным; царь, встретив с великой честью плененных цариц, отпускает всех назад в Астрахань к удовольствию Дербыша
Только младшая из пленных цариц, которая на пути в Москву родила сына, пожелала вместе с ним креститься в Москве. И на торжественном богослужении митрополит Макарий в присутствии царя Ивана крестил знатную пленницу-царицу: сына назвали царевичем Петром, а мать Юлианией Скоро царь женил на Юлиании своего именитого дворянина Захария Плещеева
Не ведал государь, что скоро придется столкнуться ему с изменой и вероломством Дербыша, снявшего с себя личину друга царя московского и пошедшего на союз с Девлет-Гиреем и Юсуфом, как только что прознал про измену в собственном государстве
В конце июля 1554 года, в разгар астраханского похода, в Литву пытался убежать один из участников заговора против царя, князь Никита Ростовский, которого схватили по дороге недалеко от города Торопца. На допросе тот признался, что его послал в Литву боярин Семен Васильевич Ростовский передать королю Сигизмунду, что он сам отъезжает к нему от царя с братьями и племянниками
Схваченный по приказу царя боярин Семен Ростовский на допросе стал прикидываться ветошью и «Ваньку валять»: якобы хотел бежать от собственного убожества и скудоумства поскольку по-пустому изъедает царское жалованье и отцовское наследство. Однако люди, вызванные на допрос, показали, что он сносился с литовским послом Довойною, когда тот был в Москве, и даже сам тайно дважды виделся с ним говорил ему, как обстоят дела в Думе насчет мира с Литвой, поносил государя и требовал себе опасной грамоты для бегства. Семен Ростовский вынужден был признаться, что с ним хотели бежать в Литву родственники его, князья Лобановы и Приимковы.