30 апреля 1609 года началась вторая волна осады Ярославля. Гетьман Сапега посылает на город отряды воеводы Наумова и пана Будзило. В начале они захватили близлежащие слободы, а затем при помощи вероломного предательства служителя Спасского монастыря взяли и Земляной город. Но стены кремля и Спасского монастыря выдержали даже окружение войск Лисовского, подошедшего под стены Ярославля 8 мая по дороге из Суздаля. 23 мая осада была снята, поскольку у поляков банально закончился провиант.
В память того, что иноземцы больше никогда не захватывали Ярославль, был учрежден храм Казанской Божьей матери. А в 1610 году там был создан Казанский женский монастырь, на месте разрушенного Рождественского монастыря.
К первому ополчению освобождения Москвы, в 1611 году, под командование боярина Прокопия Ляпунова присоединились и ярославцы во главе с воеводой Иваном Волынским, но тогда освободить Москву от захватчиков не удалось.
С апреля по июнь 1612 года Ярославль исполнял столичные функции. В городе чеканились монеты, и заседал «Совет всея земли». В то же время из Нижнего Новгорода в Ярославль прибыли Кузьма Минин и Дмитрий Пожарский, которые и возглавили второе ополчение. В течение полугода Ярославль пополнился на двадцать тысяч человек из других городов. Переполненность города привела к вспышке инфекционной болезни, которая, по легендам, вскоре дивным образом прекратилась. 28 июля 1612 года войско выдвинулось на Москву и освободило ее от поляков.