В далекой Сибири Ермак продолжал расширять завоевании покоренного им региона. Он совершил большой поход по течению рек Оби, Иртыша и Вагая и покорпит все располагавшиеся там населенные области. Кучум, покинув Сибирь, скрывался в степях по р. Ишиму и не терял надежды возвращении потерянных им владений. В 1582 году для завоевателей-казаков начались значительные неудачи. Прибывший на пополнение отряд с кн. Волконским оказался совершенно негодным для военных действий. Сам Волконский был непригоден для управлении краем, не пользовался ни у кого достаточным авторитетом и в скором времени умер. Отряд Ермака нес потери и постепенно количественно уменьшался. Отряды, высылаемые для различных целей, подвергались нападению враждебно настроенных местных владельцев, сторонников Кучума. Гибель отдельных отрядов началась в скором времени после завоевании Сибири. «Во второе лето 1582 года 20 казаков под начальством атамана Брязги вошли на лювлю рыбы на озеро Абалак; на ночь не выставили охраны; Ма-меткул с татарами напал на спящих и всех уничтожил». В то же врет отряд казаков совершил поход по р. Иртышу, Оби, Тавде, покорил все области, но понес потери и в числе погибших оказался атаман Никита Пан. Маметкул был взят в плен и отправлен в Москву, но непримиримым врагом продолжал оставаться хан Карачи, перешедший на службу Ермака. Прикрываясь преданностью Ермаку, Карачи все время изыскивал удобные случаи для нападения на казаков. «В третье лето к Ермаку прибыл посол от Карачи с просьбой о помощи против казахской орды. Ермак поверил ему и отрядил 40 казаков под начальством атамана Ивана Кольцо. Казаки прибыли во владении Карачи и в ночь на 17 августа 1583 года „обманом Карачи льстиваго“ подверглись нападению и все были побиты, в числе их погиб и атаман Иван Кольцо». Против Карачи Ермак выслал карательный отряд с атаманом Михайловым. Отряд этот татарами так же был уничтожен, и с отрядом погиб и Яков Михайлов. После гибели двух отрядов казаков под начальством лучших атаманов Кучум решил поднять общее восстание против Ермака. Во главе восставших стал хан Карачи. Сибирь и ближайшие юрты оказались окруженными восставшими. В стане казаков начинал ощущаться недостаток продовольствии, начала открьщаться цинга и смертность. Умер кн. Волконский.
Осада казаков продолжалась. Карачи собрал все окрестные племена и придвинул их в непосредственную близость к стенам Сибири, и казаки с 12 марта 1584 года, в течение месяца, выдерживали настоящую осаду. Для отражении осаждавших казаками была принята решительная операции. В ночь на 9 мая, в канун покровителя казаков Николая Угодника, казаки решили произвести вылазку. Атаман Матвей Мещеряк с отрядом казаков незаметно пробрался между караулами татар и напал на стан Карачи. Стан Карачи был разгромлен: два сына его оказались в числе убитых, сам он едва спасся и бежал с тремя оставшимися в живых из его ближайшего окружения. Казаки заняли стан Карачи.
После поражения Карачи остяки снова признали власть Ермака и мятеж повсюду прератился. Хан Карачи оставил свои владения и бежал к Кучуму, в Ишимские степи. Для преследовании Карачи и завоевании областей, лежащих вверх по течению Иртыша и его притоков Вагая и Ишима, выступил сам Ермак. Совершив удачные походы и покорив ряд областей, Ермак двинулся в сторону кочевья Кучума. Но в пути получил ложные сведении от подосланных гонцов Кучума, что по р. Вагаю движутся бухарские купцы, но Кучум задерживает их. Ермак двинулся; вверх по р. Вагаю и дошел почти до ее верховьев, но нигде о купцах не было никаких: сведений. Ермак повернул обратно и в ночь на 5 августа 1485 года; возвратился в устье слияния Вагая и Иртыша, где часть его отряда продолжала работу по прорытию канала для соединении излучин крутого изгиба Иртыша.
Ночь была бурная: шел сильный дождь и бушевал сильный ветер. Казаки причалили ладьи к берегу Иртыша и крепко заснули, не выставив никакой охраны. Кучум, скрываясь оврагами, все время следовал за казаками и подошел к их лагерю. Чтобы разведать бдительность казаков, Кучум послал приговоренного к смертной казни татарина в стан казаков. Татарин пробился в лагерь казаков, благополучно возвратился и донес Кучуму, что казаки спят и никакой охраны нет. Кучум, не доверяя сведениям, послал его еще раз и приказал принести какие-либо вещественные доказательства. Татарин снова отправился и захватил две пищали и лядунку. После того Кучум решил переправляться через Иртыш и напал на спящих казаков. Татары стали избивать спящих: казаков. Ермак, видя «дружину побиваему, и никое надежды мошно имети для животу своему, побеже в струг, и не може дойти, понеже бо вдали расстояние, и ту ввержеся в реку и утопе…».
С Ермаком погибло до 300 человек. В Сибири с частью казаков оставался атаман Мещеряк и воевода Глухов. Получив сведении о гибели отряда Ермака и его лично, Мещеряк и Глухов покинули Сибирь и направились в сторону России. Воевода Глухов с отрядом своей дружины пошел Угорьской дорогой и, перевалив Урал, вышел на Печору и оттуда прибыл в Москву. Атаман Мещеряк с казаками, отделившись от Глухова, отошел к устью р. Туры и остановился в Тюмени.
После ухода русских: из Сибири, Кучум послал для занятия своей столицы сына Алии, но вскоре из Яржекенда, центра «Белой орды» в Средней Азии, появился князь клана теигубитов, Сейдяк, изгнал Алии и основался в Сибири.
В это время из Москвы возвращался Иван Гроза, шел и отряд под начальством кн. Мансурова. Не зная о происшедших событиях в Сибири и гибели Ермака, Иван Гроза и кн. Мансуров, прибыв в устье р. Туры, встретили атамана Мещеряка. Ознакомившись с положением, Мансуров решил возвращаться в Россию и двинулся в обратный путь, вслед за Глуховым. Иван Гроза решил выдвинуться в устье Иртыша и с казаками вышел в район Искера и недалеко от него, на берегу Оби, построил острожек, названный по татарски Руси-Ваш или русский городок. Иван Гроза решил восстановить утерянное положение и стал подчинить своей власти ближайшие области. Сейдяк поднял войну против казаков, и осадил их острожек. Казаки разогнали остяков, и вскоре многие племена заявили о своей покорности казакам. Иван Гроза и Мещеряк постепенно продолжали покорение утерянных областей, и оставались совершенно отрезанными от московских владений.
За время владычества Ермака колонизация осуществлялась в Сибири со стороны Строгановых владений. Были построены укрепленные городки на Пелыме, Тавде и Тоболе и заселены добровольными поселенцами. В течение двух лет Иван Гроза и Мещеряк с казаками самостоятельно занимали часть Сибири и поддерживали свою власть среди окружающих племен. В 1586 году из Москвы были присланы воевода Сукин и Месной Иван с отрядом в 300 человек. В то же время в Сибирь возвратился с Дона Александр Черкасс, посланный Ермаком, и привел с собою «ермаковых людей». Количество войск в Сибири насчитывалось с этого времени 700 человек, из них 400 казаков и 300 ратных людей, прибывших с Сукиным, которые и обосновались в Тюмени.
О времени смерти Ивана Грозы сведений в летописях не сохранилось и, вероятно, в 1587 году его в живых уже не было и атаманом казаков в это время был Матвей Мещеряк.
В 1587 году в Сибирь прибыл воевода Глухов с отрядом и ему было приказано выдвинуться из Тюмени вперед в сторону Сибири. Он двинулся в устье Тобола и устроился в новом городке Тобол. Хан Сейдяк занимал Сибирь, Карачи в устье Иртыша владел землями вогуличей. Кучум по-прежнему кочевал в степях Ишима. Татары в 1587 году сделали нападение на Тобол. Нападение было отбито, в этом бою был убит последний атаман, ближайший сподвижник Ермака, Матвей Мещеряк.
В 1587 году Сейдяк и Карачи поехали на соколиную охоту и расположились на лугу у Тобольска. Воевода Чулков пригласил Сейдяка и Карачи к себе на пир. Они въехали в крепость с сотней татар. Сейдяк и Карачи были связаны и взяты в плен. Татары были перебиты, а оставшиеся на лугу разбежались, и Сибирь оказалась покинутой. С этого времени Искер, или Сибирь, запустела и центром Сибири стал Тобольск.
В 1588 году Чулков отправил в Москву Сейдяка и Карачи. Кучум продолжал кочевать по р. Ишиму. Со стороны русских шло постепенное продвижение в глубь сибирских пространств. На линии р. Оби были построены крепости: Березов, Сургут, Нарым. В Тобольске в 1590 году собрано было 700 казаков и стрельцов.