«Лета 7061-го (1553 года), как царь и великий князь город Казань взял: А полем шли воеводы по полкам от Казани к Нижнему Новугороду октября же месяца. В большом полку слуга и воевода Михаила Иванович Воротынский…»
В 1552 г. Воротынский отличился при взятии Казани. Здесь его воины начали 26 августа сооружение особых укреплений (тур) перед Царевыми, Тюменскими, Арскими и Салтыковыми воротами города. Туры возводились всего в 50 саженях (!) от крепостной стены, а между нею и турами осаждающие прорыли окопы. Противник ночью начал непрерывные вылазки, стремясь помешать русским вести работы. Разгорелись упорные бои, однако воины Воротынского упорно оборонялись, на помощь им подходили подкрепления… Противник понес серьезные потери и к утру прекратил вылазки, так и не добившись поставленных целей, в чем, несомненно, была и заслуга Воротынского. Почти сразу после этого воевода М. Я. Морозов подвел пушки к турам и окопам, что позволило вести практически в упор прицельный огонь по стенам, башням и воротам Казани. Именно на позициях, которые занимали бойцы Воротынского, инженер Иван Выродков, недавно построивший Свияжск под носом у неприятеля, соорудил 13-метровую башню. Оттуда осаждавшие начали меткий обстрел из пушек и пищалей, что привело к дополнительным разрушениям казанских укреплений.
Кроме того, воины Воротынского все ближе придвигали туры к стенам города. Оборонявшиеся постоянно совершали вылазки, чтобы их разрушить, но безуспешно, и лишь во время одной из них казанцы прорвались к самым турам и едва не уничтожили их. Воротынский сам принял участие в бою и был легко ранен. Иногда причиной едва не удавшегося вражеского прорыва считают его нераспорядительность, однако это не более чем допущение, тем более что в конечном счете атаку все равно удалось отбить при участии подоспевшего отряда во главе с окольничим А. Ф. Басмановым.
30 сентября 1552 г. после взрыва мин под укреплениями Казани отряды Воротынского устремились на штурм Арских ворот и овладели ими, а также одной из башен. Воевода слал гонцов, настаивая на общем приступе, однако его так и не последовало. Подходящий момент оказался упущен, а вырвавшиеся вперед отряды по приказу царя возвращены.
Памятник Воротынскому М. И. в поселке Воротынец
Во время решающего штурма Казани 2 октября 1552 г. Воротынский вновь отличился. Именно его люди первыми ворвались на улицы города, и именно он первым сообщил об успехе. Однако из-за начавшегося мародерства со стороны штурмующих атака застопорилась, казанцы собрались с силами, и Воротынский запросил подкреплений. После их подхода его отряды продолжили наступление и окончательно разгромили врага в последних отчаянных схватках у ханского дворца и мечети Кулшериф. Признавая заслуги полководца, царь назначил его воеводой большого полка при возвращении из Казани.
«Если спросят послы о князе Михайле Воротынском, про его опалу, то отвечать: Бог один без греха, а государю холоп без вины не живет; князь Михаила государю погрубил, и государь на него опалу было положил; а теперь государь его пожаловал по-старому, вотчину его старую, город Одоев и Новосиль, совсем ему отдал…»
В 1553 (или 1554) -1555 гг. Воротынский сидел воеводой в Свияжске — месте опасном и беспокойном, ибо этот город являлся ключом к совсем недавно замиренной Казани, которую еще предстояло закрепить за Русским государством. Именно в эти годы не раз восставали черемисы, населявшие территорию только что павшего Казанского ханства, и, очевидно, Воротынскому вместе с другими военачальниками пришлось немало потрудиться для их подавления.
«Лета 7074-го (1566 года) сентября в 15 день: Царь и великий князь приговорил с бояры для береженья от воинских людей на Туле быти бояре и воеводы князю Михаилу Ивановичу Воротынскому…»
В 1556–1562 гг. Воротынский командовал в Одоеве, Калуге, Туле, защищая южные рубежи от татарских набегов. Каких-либо достижений в эти годы он не имел, а в 1559 г. упустил армию крымского «царевича» Магмет-Кирея, которая страдала от голода, но все же сумела уйти. С другой стороны, ни разу в эти годы степняки не смогли прорваться в центральные районы Русского государства.