Наводнение усугубило бедствие. По словам современников, после постройки плотины «помалу накопися вода… и яже во граде их бысть пища, все потопи и размы. А людие ж града того ужасни быша о семь… и бысть на них глад велик зело, даже и до того дойде, я коже уже всяко скверно и нечисто ядяху: кошки и мыши и иная, подобная сим». По словам другого автора, измученные голодом туляки «стали есть вонючую падаль и лошадей, источенных червями».

Автор карамзинского «Хронографа» описал наводнение в Туле со слов очевидцев: «Реку Упу загатили, и вода стала большая, и в острог и в город вошла, и многие места во дворех потопила, и людям от воды учала быть нужа большая, и хлеб и соль у них в осаде был дорог, да и не стало». Запасы соли были уничтожены наводнением сразу, подмоченное зерно в больших амбарах трудно было спасти.

Наводнение сделало Тулу почти неприступной для штурма. Город оказался посреди обширного озера. В то же время затопление острога и города разобщило защитников крепости. Гарнизон оказался на грани полного распада. Как отмечали современники, из Тулы «в полки (к Шуйскому)учели выходить всякие люди человек по сту, и по двести, и по триста на день…». Можно ли считать, что из осажденной крепости бежали главным образом жители Тулы, а не болотниковцы? Источники опровергают такое предположение. По словам К. Буссова, руководители обороны столкнулись с прямым неповиновением и казаков, и всех жителей Тулы. Доведенный до крайности народ замышлял схватить Болотникова и Шаховского. Одни надеялись покрыть свои вины, выдав зачинщиков Смуты царю, у других были иные цели.

Г. Шаховской не мог оправдаться перед народом, ибо ему пришлось бы сознаться в грубом обмане и мистификации, затеянной им в компании с Молчановым. Болотников в критических обстоятельствах не побоялся сказать народу правду. «Какой-то молодой человек, примерно лет 24 или 25, — сказал Болотников, — позвал меня к себе, когда я из Венеции прибыл в Польшу, и рассказал мне, что он Дмитрий и что он ушел от мятежа и убийства, убит был вместо него один немец, который надел его платье. Он взял с меня присягу, что я буду ему верно служить; это я до сих пор и делал… Истинный он или нет, я не могу сказать, ибо на престоле в Москве я его не видел. По рассказам он с виду точно такой, как тот, который сидел на престоле».

Текст речи Болотникова весьма примерно передан К. Буссовым со слов повстанцев, оборонявших Тулу. Но основной смысл его слов очевидцы передали, по-видимому, достаточно точно. Даже самые стойкие приверженцы «Дмитрия» не могли скрыть своего разочарования. Ни вожди, ни народ никак не могли понять, почему «Дмитрий» не внял их призывам, когда осажденная Москва была готова открыть перед ними ворота. Они знали, что «добрый царь» уже с июня месяца находится в пределах России, но и на этот раз не спешит подать помощь своему гибнущему войску в Туле. Князь Г. Шаховской был тем лицом, через которого повстанцы поддерживали сношения с мнимым Дмитрием с первых дней восстания. Поэтому недовольные потребовали ареста «боярина», чтобы тем самым оказать давление на «Дмитрия». Г. Шаховской попал в тульскую тюрьму, при этом было объявлено, что его не выпустят оттуда до тех пор, пока не придет «Дмитрий» и не вызволит их от осады.

Когда положение в Туле стало невыносимым, а защитники города едва держались на ногах, когда «наводнение и голод ужасающе усилились», рассказывает К. Буссов, тогда «царевич» Петр и Болотников вступили в переговоры с Шуйским о сдаче крепости на условии сохранения им (всем повстанцам) жизни, угрожая, что в противном случае осажденные будут драться, пока будет жив хоть один человек. Царь Василий находился в столь затруднительном положении, что он принял условия Болотникова и поклялся на кресте соблюдать договор о том, что все защитники Тулы будут помилованы.

Для Болотникова смысл переговоров состоял в том, чтобы сохранить силы для продолжения борьбы. В труднейших условиях Болотников тщательно готовил вылазку, надеясь на то, что вода спадет и они попытают счастье, чтобы пробиться через вражеское войско навстречу «Дмитрию».

Слуга Мнишека Рожнятовский в одной из ноябрьских записей упомянул о письме поляка, также находившегося в заточении в Ярославле, но получившего более верные известия. Из письма следовало, что при сдаче Тулы «Болотников хотел выкинуть какую-то штуку, но она у него не вышла. Люди ушли из Тулы по заключенному им договору, а сам он остался в оковах».

Русские источники подтверждают версию Рожнятовского и объясняют причины того, что Болотников и Петр после сдачи Тулы сразу же были взяты под стражу. В самые последние дни, когда Тулу стали покидать сотни людей, части гарнизона окончательно вышли из повиновения. Поданным карамзинского «Хронографа», за два-три дня до капитуляции тульские «осадные люди» присылали к царю «бити челом и вину свою приносить (признать), чтоб их пожаловал, вину им отдал, и оне вора Петрушку, Ивашка Болотникова и их воров изменников отдадут».

Разобщенный наводнением и доведенный до крайности гарнизон Тулы сложил оружие, не оказав сопротивления воеводе Крюку-Колычеву и не выступив на защиту своих вождей. В силу этой причины Шуйский сохранил жизнь всем сдавшимся повстанцам. Без сомнения, амнистия была продиктована трезвым политическим расчетом. Гражданская война вступила в решающую фазу, и царь показной милостью старался перетянуть на свою сторону всех колеблющихся.

Весть о падении Тулы вызвала панику в войске Лжедмитрия II. Пробыв в Волхове в течение суток, «царек» 17 октября спешно отступил ближе к границе в Карачев, где его покинуло запорожское войско. Одновременно произошел бунт наемных солдат — «литовских людей», желавших уйти (из России) с добычей. Не имея возможности задержать наемное войско, самозванец тайно покинул лагерь с 30 верными людьми, среди которых был только один поляк. Даже «гетман» Меховецкий не знал, куда исчез «царек».