Тем не менее укрепления к середине XVII века уже были устаревшими, особенно сказывалось отсутствие бастионов и слабость артиллерии, значительная часть которой была вывезена в Смоленск ещё в период Смоленской войны. Решения сейма о восстановлении укреплений последовало лишь в 1654 году и работ не успели начаться. Серьёзным просчетом литовского командования было нежелание ослаблять главную армию посылкой в гарнизоны наёмных войск. В итоге в гарнизон Витебска к началу осады входила только одна драгунская рота К.Мажейки (Hrehory Krzysztof Mozeyka — около 100 чел.). Остальной гарнизон состоял из 800 вооруженных мещан и 42 пушкарей. Гарнизон испытывал недостаток пороху и боеприпасов.