Однако это были запоздалые меры, хотя кое-что в Полоцке сделать удалось. И касалось это не столько укреплений и подготовки города к обороне, сколько спасения населения от надвигавшейся войны.
Летом 1654 г. войска воеводы В. П. Шереметьева, по одним сведениям, численностью до 15, по другим — до 50 тыс. человек, направились в Белорусское Подвинье. Движение этой группировки ратных людей к Полоцку было далеко не случайным, если учесть его стратегическое значение для всего Великого княжества Литовского. Но имелись и другие причины: воевода получил «ведомости, что доподлинно Полоцк пуст, которого жители и оборонители его оставили», уйдя в Ливонию и Курляндскую землю. Захват города стал заманчив вдвойне.
17 июня В. П. Шереметьев с ратными людьми пришел под Полоцк и «у литовских людей перевоз и слободы и дороги к Витепску и к Вильне заставил и в Полоцке польских и литовских людей осадил и к городу всеми ратными людьми и конными и пешими приступали и над городом государевым делом промышляли и городские же литовские люди с государевыми ратными людьми бились и из наряду стреляли». По сведениям самого воеводы, его войска «с литовскими людьми бились день целый». Осада, перемежавшаяся с переговорами, продолжалась до конца месяца.
Лишь 30 июня полочане на веревке спустили с башни «пункты» (условия сдачи города — М. Т.), которые воевода И. Т. Веригин повез к В. П. Шереметьеву. Условия полочан были приняты, после чего делегация мещан, возглавляемая «начальными людьми» Дегилем и Комаровским была «перед боярином в полках», где они «добили челом и Полоцкий город совсем здали».
В занятом городе на Верхнем замке соорудили 4 новые башни и поставили пушки. Кроме того, восстановили «полые места и проломы». На Нижнем замке поставили стены общей длиной 992 косых саженей.
На 1 августа 1654 г. в Верхнем замке имелись 6-гранные большие проезжие ворота, Варваринские водяные ворота и 5 небольших башен («быков»), стоявших в линии деревянных стен различной конструкции. Общая длина линии фортификации Верхнего замка достигала 784 саженей.
В Нижнем замке восстановили укрепления по валу бывшего Стрелецкого города XVI в. и по пустым местам между ним и Верхним замком. От вала Стрелецкого города вдоль Полоты шло длинное прясло с одними воротами, через которые ходили по воду к реке, и три башни. От угловой башни укрепления поворачивали на юг и тянулись до самого берега Двины, упираясь в следующую угловую башню. В этом восточном прясле укреплений находились проезжие Невельские и Пятницкие ворота и 3 башни. От угловой башни в Двину опускалось 20 саженей «стоячего острогу».
Оборонительные стены вдоль Двины требовали ремонта. На время осмотра, который проводился 20 июля 1654 г., в Верхнем замке имелось 9 пушек и 93 пищали затинных с небольшим запасом ядер, свинца и пороха. В Нижнем замке по башням и воротам было расставлено 3 пищали (пушки) и 13 пищалей затинных. На одной из башен висел «вестовой колокол».
Описание полоцких укреплений показывает, что после пожара 1643 г. город к 1654 г. так и не смог привести в порядок свою фортификацию.
Согласно ревизии от 25 августа 1654 г., в Верхнем замке числились башни: Мошна, Красная (бывшая Королевская), башня-брама, Гуська, «Фортка», Устенская. Длина укреплений достигала 729 с половиной саженей. В документе упоминаются земляные бастионы — «рукава».
В линию укреплений постепенно включался Стрелецкий город.
В Нижнем замке стояли «башня над Полотою», башня Наугольная, Карлицкая, Ильинская, Мироновская, проезжие ворота, Невельские ворота, двое малых ворот и большие проезжие Варваринские ворота. Протяженность всей линии обороны равнялась 1231 с половиной сажени.
После долгого перерыва опять встречается свидетельство об укреплениях Заполотья. Правда, это только «стоячий острог с вороты и с рукавами» — бастионами.
В башнях Верхнего замка находилось 8 пушек полуторных и 19 затинных пищалей. На Нижнем замке соответственно 12 и 57. Один вестовой колокол висел на Верхнем замке в Красной башне, на Нижнем их было два — на Ильинской и Невельской башнях.
В цейхгаузе города имелись пики, протазаны, затинные пищали и стволы к ним, свинец и порох.
В сентябре и октябре 1654 г. в городе велись интенсивные военно-строительные работы. К ним были привлечены полочане — плотники Иван Гаврилов, Матвей Марков, Иван Андреев с «товарыши», срубившие 4 башни на Верхнем замке. Среди них угловые — «Устенская. Мошна и Рождественская». Называются также артели Агафона Павлова, Ивана Долева и «плотник Иван с товарыши».
В апреле 1655 г. работы в городе продолжались, а в ноябре того же года было проведено третье инвентарное описание полоцкой фортификации. Всего в Верхнем замке стояло 5 больших башен и 5 меньших («быков»). Большинство башен и прясел деревянных стен были срублены в два яруса.