俄军主将多勃雷尼奇、副将瓦西里·伊万诺维奇·舒伊斯基率九万沙俄军民据守喀山城迎战天汉大军进攻，多勃雷尼奇派副将瓦西里·伊万诺维奇·舒伊斯基领兵三万出城袭击渡过卡马河正沿着伏尔加河东岸森林向喀山城发起进攻的天汉大军。
瓦西里·伊万诺维奇·舒伊斯基率三万俄军从密林中不断突袭进攻天汉大军，副帅董一元同拜巴葛斯、查大受、大皇太极率前锋五万大军接连不断与突袭进攻的俄军展开交战，双方互有死伤，天汉大军兵力众多，多兵种配合作战，加上沈飞率飞天营参与轰炸俄军，接连击败瓦西里·伊万诺维奇·舒伊斯基的突袭进攻，俄军死伤惨重，只剩下一万余残兵败将仓皇北逃回喀山城。
喀山城位于伏尔加河自西向东改向南流的东岸一座山丘之上，城南山丘下有一条水流湍急的护城河拱卫，喀山城是沙俄境内常见的木头城墙，很容易被破坏。
骆尚志率十二万水陆大军直抵喀山城南，休整一夜后开始在喀山城东城北渡河登陆发起进攻，俄军主将多勃雷尼奇率两万大军出城进攻在城东渡河登陆的天汉大军，遭到郑彦武率炮军在喀山城东护城河南岸发炮猛轰，俄军损失惨重败逃回城。
俄军副将瓦西里·伊万诺维奇·舒伊斯基率两万大军进攻在城北登陆的副帅董一元部大军，遭到萧潮海率里海舰队从城西北伏尔加河上发炮轰炸，俄军死伤惨重，又遭到拜巴葛斯、大皇太极率两万大军登陆后大举进攻，败逃回城。
骆尚志在喀山城东、城北部署了两百余门200MM大口径舰炮以及不下五百门迫击炮，对喀山城形成远近火力覆盖打击，萧潮海、李承勋、陈蚕率三万水陆大军负责进攻城南，副帅董一元、拜巴葛斯、大皇太极率四万大军负责进攻城北，骆尚志携郑彦武、查大受、田潇、那失台率五万大军进攻城东。
四万俄军出城阻击天汉大军渡河登陆城东、城北损失近半将士，多勃雷尼奇将五万余守城军民在城东、城北、城南部署一万五千大军驻守，在城西只部署了近万守军，天汉大军没将重点放在城西进攻，多勃雷尼奇也对城西布置较少兵力防御，随时都会抽调城西兵力增援各处。
郑彦武打马刚从城北炮兵阵地赶来城东指挥炮军将士忙着部署炮兵阵地，炮军在城东、城北部署了两百余门舰炮，城南由萧潮海率里海舰队炮船发炮进攻。
骆尚志骑着高大的棕色汗血宝马，正朝着炮军阵地赶来。郑彦武打马上前来躬身见礼禀道：“禀报总经略，炮军准备完毕。”
骆尚志当即下令道：“进攻”
“是”郑彦武调转马头朝着炮军阵地赶来高呼下令道：“发炮进攻”
炮军将领纷纷高呼下令道：“放……”
‘轰轰……’炮军阵地上百余门舰炮接连点火发炮进攻，呼啸抛射的炮弹直奔向喀山城东城墙袭来，紧接着，城北也接连不断响起炮军发炮进攻惊雷炮声，城南伏尔加河及其汊河上的里海舰队也发炮猛轰城南城墙。
驻守城东的俄军主将多勃雷尼奇狂呼下令道：“开炮”
‘轰轰……’喀山城东城墙上的三十余门舰载加农炮、加农炮纷纷发炮反击，双方呼啸抛射的炮弹交织横飞，汉军炮弹随即在城中城墙上炸响，顿时炸得城墙一片碎木纷飞，残肢断臂横飞，鬼哭狼嚎惨呼声不断响起：“啊啊……”
城东、城北、城南的天汉大军不断发炮猛轰喀山城墙，木城墙接连不断遭到天汉大军炮火摧毁坍塌，城墙上的俄军将士被轰炸得死伤惨重，纷纷跟着坍塌的木头城墙从山丘上滚落到下方的护城河中。
骆尚志看着接连不断发炮猛轰之下，喀山木城墙遭到严重摧毁，当即拔出腰间佩剑高呼下令道：“进攻”
‘咚咚……’城东天汉大军后阵中进攻的战鼓声隆隆响起，紧接着城北、城南攻城战鼓声隆隆响起：“咚咚……”
“进攻”田潇、那失台、萧潮海、李承勋、拜巴葛斯、大皇太极纷纷率着不下六万大军对喀山城发起进攻，城东、城北的汉军将士手握盾牌、刀剑、长枪，火枪营端着燧发枪跟随发起冲锋进攻。
陈蚕、董一元、郑彦武指挥迫击炮营、炮兵将士随后赶到城外护城河抵近发炮猛轰城上负隅顽抗的俄军将士，沈飞率飞天营从西南飞来对喀山城展开空投轰炸，炸得俄军将士死伤惨重。
俄军主将多勃雷尼奇也在天汉大军地面空中不断轰炸中被炸死，副将瓦西里·伊万诺维奇·舒伊斯基率先带着数千俄军开城西门出逃，三路攻城汉军在炮火轰炸掩护下迅速攻入喀山城中，杀得俄军将士纷纷朝着城西逃去。
瓦西里·伊万诺维奇·舒伊斯基刚率五千余俄军慌忙驾船出逃，随后逃来的不下三万俄军将士随即遭到萧潮海、陈蚕率里海舰队从伏尔加河上发炮进攻，城西门外的俄军将士被轰炸得尸横遍地，鬼哭狼嚎惨呼声不断响起：“啊啊……”
董一元、那失台、拜巴葛斯、田潇、李承勋等众将纷纷率五万余步骑冲杀赶来，将两万余俄军围堵在城西一带，骆尚志随后率三万余大军从城北赶来，当即下令道：“传令下去，命罗刹军主动迎降，降者不杀，负隅顽抗者，格杀勿论。”
“是”传令兵领命忙打马赶去传令高呼道：“主帅有令，命罗刹军主动迎降，降者不杀，负隅顽抗者，格杀勿论。”
天汉大军中不少将士正用俄语高呼道：“我军主帅命令罗刹军主动投降，投降可以免死，如果不投降都将会被杀死。”
突围无望的俄军将士一听天汉大军喊降，开始有俄军将士跪地请降呼道：“我们愿意投降归顺天汉，我们愿意投降。”
俄军将士接连不断投降，还想坚持的俄军将士随即遭到汉军神枪手射杀，两万余俄军残兵败将纷纷跪地请降。喀山之战，天汉大军大获全胜，俄军主力尽数被歼灭，前后俘获俄国军民不下五万余人，尽数被押解南下赶往里州城修建里海运河。
骆尚志留下那失台率一万大军驻守喀山、萨马拉一带，统率十一万大军沿伏尔加河西进与皇帝陈瀚统率的西路大军夹攻沙俄都城莫斯科。