Obliczono, że Smoleńsk dla skutecznej obrony winien mieć garnizon liczący minimum 2000 żołnierzy. Załoga Smoleńska liczyła 2212 ludzi (w tym 1447 zaciężnych żołnierzy, 279 Kozaków służebnych i 483 szlachty z pospolitego ruszenia) oraz posiadała potężną artylerię w postaci 170 dział. Fortyfikacje twierdzy smoleńskiej zostały niedawno naprawione i unowocześnione przez wojewodę smoleńskiego Aleksandra Gosiewskiego. Do dawnych umocnień dobudowano potężną pięciobastionową fortyfikację nazwaną „fortalicją zygmuntowską”, a od południowej strony, która była najbardziej dostępna dla nieprzyjaciela, usypano wysoki wał wzmocniony palisadą. Twierdza była bardzo dobrze zaopatrzona w żywność, jednak poważnym problemem była niedostateczna ilość prochu i amunicji. Na szczęście dla obrońców Szein postanowił nie szturmować twierdzy przed końcem zimy, czekając na przybycie artylerii oblężniczej.
Obóz Szeina Główny obóz Szeina założony został 5 kilometrów na wschód od Smoleńska, w kolanie Dniepru, gdzie dzięki zbudowaniu dwóch mostów na tratwach miał zapewniony kontakt z Moskwą i Dorohobużem.