В 1563 году кардинал Коммендоне называл Великие Луки «самым крепким городом в России».

«Втлекло нас туда: положение Луцкого замка, его известность, обширность области и обилие продовольствия, которыми наши войска могут продовольствоваться без всякого ущерба нашим областям… и наконец большое удобство и скорость управлять из Великих Лук всеми прочими делами», — писал сам Стефан Баторий.

Свою армию Стефан Баторий направил на Луки в 1580 году. Решение было принято в июле того же года на военном совете в местечке Чашники. Желание его было поддержано московскими воеводами, перешедшими в польско-литовское войско.

Каким предстал город? Детали можно прочесть в книге Рейнгольда Гейденштейна «Записки о московской войне»: «крепость стоит на небольшом холме, окруженном почти со всех сторон озером, которое в свою очередь окаймляется отовсюду весьма глубоким рвом; нижнюю часть крепости с юга и с запада, с той единственной стороны, где отступает озеро, омывает река Ловать, между озером и ее берегами находится одна только узкая тропинка, извивающаяся вдоль крепости и самой реки; крепость в то время была окружена весьма высоким валом, который не давал видеть подходившим к ней не только кровель частных домов, но даже верхушек храмов, весьма там многочисленных. К этим укреплениям благодаря стараниям какого-то немецкого мастера были приделаны многие башни, с знанием дела расположенные одна от другой на известном расстоянии, самую крупную и самую обширную он поставил фронта простирающегося на восток между озером и рекой. Все эти башни покрыты очень толстым дерном, большая в ширину почти на 25 футов».

За два дня до подхода польско-литовского войска великолучане сожгли посад, и все его жители укрылись в крепости.

29 августа началась вражеская подготовка к штурму. С западной и южной сторон враги стали рыть окопы, установили 48 орудий. Из крепости то и дело делались вылазки против отрядов у окопов. 1 сентября начался обстрел. Была поставлена задача зажечь город. Но это не позволял сделать свежий дерн. Он защищал деревянные стены. Тогда стрельба стала вестись по бойницам. Вспыхнул пожар. 2 сентября он был потушен защитниками. В тот же день поляки предприняли попытки сделать подкоп и взорвать одну из башен – им помешали колья, вкопанные в землю. Третьего числа обстрелы усилились, враг предложил великолучанам сдаться, но получил отказ. 4 сентября наемниками Батория был выкопан ров вдоль реки, в дерне у одной из башен сделали углубление и вечером осаждающие устроили взрыв. Был сильный пожар. Но справиться с ним смогли за несколько часов, помог хлынувший дождь. Ночью к поврежденной башне вновь двинулся отряд врага. И снова была предпринята попытка поджечь ее. Им это удалось — поднялся сильный ветер и огонь быстро перекинулся на соседние строения, вспыхнули храмы и дома. На рассвете жители города стали просить о сдаче. Стефан Баторий хотел сохранить город и потребовал потушить пожары. Из крепости стали выходить осажденные, а в Луки вошли наемники. Но вместо борьбы с огнем они начали грабить дома и убивать женщин и детей, встававших у них на пути. Огонь подошел к погребам с порохом. Взрыв был страшен. Погибли около 200 захватчиков. Крепость сгорела дотла.

Стефан Баторий приказал «возобновить и укрепить» крепость. К началу октября под руководством итальянца Доминико Рудольфини работы были завершены.

Город Великие Луки был возвращен России в 1583 году.