Polski garnizon składający się z trzech chorągwi rajtarii i oddziału hajduków, wraz z mieszczanami i chłopami, odpierał szwedzkie szturmy do czasu zranienia jednego z dowódców obrony, rotmistrza Henryka Ramela, i zdrady rotmistrza Hermana Wrangla, który zaatakował kasztelana zamku i wiernego polskiemu królowi rotmistrza Kaspra Tyzenhausa i otworzył bramy miasta Szwedom.
13 kwietnia 1603 roku wojska Rzeczypospolitej odzyskały miasto, gdy komendant szwedzkiego garnizonu poddał miasto hetmanowi Janowi Karolowi Chodkiewiczowi. Około 1000 Szwedów skapitulowało na honorowych warunkach i pozostawiając artylerię, odeszło do Tallinna pod eskortą wojsk polskich, które zaopatrzyły ich także w podwody, aby mogli zabrać ze sobą rannych. 60 najemników opuściło szwedzkie szeregi i zaciągnęło się na służbę Rzeczypospolitej. mały|Uniwersytet w Tartu w XIX wieku W roku 1625 Tartu ponownie zostało opanowane przez Szwedów i do Rzeczypospolitej już nie powróciło. W 1632 roku szwedzki król Gustaw II Adolf ufundował Academia Dorpatensis, czyli uniwersytet.