叶尔马克在占领伊斯凯尔后，以为已彻底击败西伯利亚汗国，得意万分，立即派人赴莫斯科，携带着掠夺来的2400张貂皮及其他贵重毛皮，向沙皇报捷。他在奏折中写道：“遵照仁慈的三位一体的上帝、圣洁的圣母和全俄伟大显灵者的旨意，托虔诚的全俄君主、沙皇、大公伊凡·瓦西里耶维奇的洪福，占领了西伯利亚汗国，打败库楚姆汗，使那里许多异族人归服于沙皇的崇高统治之下，其中有鞑靼人、奥斯恰克人、沃古尔人及其他异族人，并令他们按照自己的信仰宣誓：永世接受大君主的崇高统治，每年向君主纳贡，决不中断，决不加害俄罗斯人……”叶尔马克在奏折中汇报了征服西伯利亚汗国的经过，请求沙皇接管这个新地区，同时对自己过去的“罪行”表示忏悔，发誓永远“效忠沙皇”。沙皇闻奏大喜，下令在莫斯科大教堂做感恩祈祷，并颁布诏书，对斯特罗甘诺夫家族、叶尔马克和全体远征军士大加犒赏，赏赐谢缅·斯特罗甘诺夫城池两座，特许其在马克西姆和尼基塔的领地中自由贸易，蠲免租赋；当场赦免了叶尔马克和其余哥萨克的罪过，赏赐叶尔马克御衣一件、铠甲两副，并决定迅速派官员前去接管西伯利亚汗国土地，谕令叶尔马克在接管官员到达之前，代表沙皇管理当地一切事务。之后，沙皇派伯爵谢缅·德米特里耶维奇·鲍尔霍夫斯基等率500名射击军前往西伯利亚城，增援叶尔马克，接管西伯利亚汗国。
但是西伯利亚汗国并没有灭亡，库楚姆汗领导其军民继续抗击着俄国侵略者。1584年8月，库楚姆汗采用调虎离山计，派人散布消息，佯称布哈拉商队前来西伯利亚同俄国人做生意，途中被库楚姆汗所阻，现正在瓦盖河附近，急需俄军搭救。叶尔马克获报后信以为真，急率300人前往，却未见商队踪影。8月14日（俄历8月5日）夜，叶尔马克一伙在瓦盖河畔宿营。是夜风雨交加，就在俄国侵略者酣然入睡之际，早已埋伏在附近的库楚姆汗的队伍突然杀了进来，俄军来不及抵抗便做了刀下之鬼，300人中只有一人侥幸逃生。叶尔马克还算机灵，立即穿上沙皇赏赐的铠甲，直奔河岸，企图乘船逃跑，但由于惊慌失措，失足落水。这时，曾令他无比荣耀的沙皇的赏赐却成了他的勾命鬼，笨重的铠甲使他无法泅渡，结果溺死在滔滔的江水中。一周之后，他的尸体才在下游被鞑靼人发现。这个侵略西伯利亚的急先锋，双手沾满西伯利亚各族人民鲜血的恶贯满盈的刽子手，终于落了个溺死水中的可耻下场，但沙皇政府却对其极尽歌功颂德之能事。沙皇追封他为军役大贵族，赐西伯利亚公爵头衔。他所领导的军队被封为“沙皇军役人员”。沙皇军队以他为榜样，有些军团摆放和悬挂着他的雕像和画像，高唱颂扬他的歌曲，每当他的死难日要举行纪念仪式。有些村庄以他的名字命名，有些城市为他建造高大的纪念碑。托博尔斯克的纪念碑碑基用花岗石筑成，高半俄丈，碑身为大理石，高7俄丈，碑的正面镌刻着题词为“献给西伯利亚的征服者叶尔马克”，其余三面分别刻着“1839年建立”和“1581年”、“1584年”。
叶尔马克全军覆没使俄国侵略军遭受巨大打击。此时伊斯凯尔城中的俄军仅剩150人，俄军头目格鲁霍夫深感势单力孤，难以自保，便率侵略军残部弃城而逃，返回俄国。库楚姆汗闻讯迅速派王子阿莱占领伊斯凯尔，但不久汗国内部发生纷争，塞伊季亚克王公赶走阿莱，占据了伊斯凯尔。
叶尔马克一伙的覆灭和西伯利亚汗国的得而复失并没有挫灭沙皇征服西伯利亚的决心。从1585年开始，沙皇一批又一批地向西伯利亚派遣远征军，并吸取教训，改变方针，远征军所到之处不是只强迫当地土著纳贡，不是掠夺之后拍屁股就走，而是设立据点，兴建城堡，稳扎稳打，逐步推进。1586年7月，俄国侵略军抵达西伯利亚汗国已被废弃的故都奇姆吉，在这里择地建秋明城。秋明城建在图拉河南岸，三面濒水，交通便捷，进可攻，退可守，周围土壤肥沃，水草丰茂，是鞑靼人重要的农牧业产区，该城的建立意味着俄国人把这一重要地区置于股掌之中。1587年，俄军逼近伊斯凯尔，在距伊斯凯尔十几公里的托博尔河口建托博尔斯克堡。该城很快成为俄国在西西伯利亚的军事行政中心。
就在俄国侵略军步步为营、尽情蚕食西伯利亚汗国领土的时候，盘踞京城的塞伊季亚克王公却忙于内讧不思抗争，甚至当俄军就在伊斯凯尔附近，在其眼皮底下建城筑寨、磨刀霍霍之时，他也置若罔闻，没有派兵干涉。1588年夏，塞伊季亚克王公率500人出城狩猎，来到托博尔斯克城郊。托博尔斯克俄军首领达尼尔·丘尔科夫见状，便派人邀请他进城饮宴，举行和谈。愚蠢的塞伊季亚克王公不知是计，满口答应，带100名随从大摇大摆地进城赴宴。酒过三巡，塞伊季亚克等人已喝得脸红耳热，只听丘尔科夫一声令下，俄军伏兵一拥而上，将来客全部拿下，塞伊季亚克及其随从束手就擒。在城外守候的汗国兵听说王公被捕，群龙无首，作鸟兽散，伊斯凯尔城里的鞑靼人也各自逃生。这样，俄国侵略军不费一枪一弹，重新占领了西伯利亚汗国的都城。之后，塞伊季亚克等人被押解到莫斯科，狡猾的沙皇为笼络人心，对其赐以高位，赏以土地，他们从此成为沙皇忠实的臣民。
与塞伊季亚克成鲜明对照的是，年迈体弱的库楚姆汗仍在不屈不挠地抗击着俄国侵略者。为彻底消灭库楚姆汗，俄军不断进行征讨。1591年8月，托博尔斯克俄国督军符拉基米尔·瓦西里耶维奇·科里佐夫—马萨里斯基大公率军征讨库楚姆汗，在奇里库尔湖畔击溃汗军，俘获库楚姆汗的两个妻妾、一个王子和大量军士。之后，俄国利用俘获的库楚姆汗王妃和王子，迫使其投降，后又打出和谈的旗号，迫使其屈服。但库楚姆汗均不上钩，而是继续组织汗国人民的抗俄斗争，并准备进攻俄国人新建的塔拉城。在这种情况下，俄国侵略者对库楚姆汗进行了连续不断的征讨围剿，使库楚姆汗遭受重创。1598年夏，新任塔拉督军伊凡·莫萨里斯基大公率领一千余人再次围剿库楚姆汗，库楚姆汗虽进行了顽强抵抗，但鞑靼人的弓箭长矛怎能敌得过俄国人的火炮火枪？结果，俄军攻占了其营盘，杀死了大量鞑靼人，俘获了库楚姆汗的六个妻妾、三个王子、两名公主和许多贵族，抢掠了其全部财产和所有牲畜。库楚姆汗只率领少数随从败逃到南部大草原，不久死去。至此，西伯利亚汗国彻底灭亡。沙皇俄国经过17年努力，终于吞并了西伯利亚汗国。
沙皇俄国吞并西伯利亚汗国，意味着鄂毕河中游完全落入俄国手中，接下来便该吞并整个鄂毕河流域了。事实上在其征服西伯利亚汗国的过程中，俄国殖民者业已顺流而下和溯河而上，开始向鄂毕河上、下游扩展，在那里建立据点城堡，强迫当地土著人纳贡。到17世纪初，俄国殖民者占领了整个鄂毕河流域，在这里建立了别列佐夫、鄂毕多尔斯克、曼加西亚、纳雷姆、托木斯克、库兹涅茨克等许多城堡据点，使之成为进一步向西伯利亚扩张的基地。
之后，俄国侵略者继续东向，开始向叶尼塞河流域扩张。直到16世纪中叶，沙俄对叶尼塞河流域仍一无所知。后来在对鄂毕河的入侵过程中，俄国殖民者逐渐得知鄂毕河流域以东又有一条大河叶尼塞河，该河流域原始森林密布，紫貂成群，鱼类资源丰富，于是为了把这片广袤的大地纳入俄国的版图，为了掠夺这里珍贵的毛皮，为了迫使“尚未开化”的土著人向沙皇纳贡称臣，他们便马不停蹄地向叶尼塞河流域进军。
沙俄殖民者侵占叶尼塞河流域分南、北两路进行。北路从鄂毕河口经海湾上溯塔兹河，然后转入叶尼塞河支流图鲁汉河，再从图鲁汉河顺流而下进入叶尼塞河下游，占领两岸地区；南路由克特河进入叶尼塞河，向叶尼塞河中上游两岸扩展。从17世纪初开始，俄国殖民者用了大约二十多年的时间，吞并了叶尼塞河流域。他们在征服叶尼塞河流域过程中同样建立了许多重要城堡据点，如图鲁汉斯克、叶尼塞斯克等。这些城堡既是控制被占领区的重要据点，又是进一步向东扩张的重要基地。俄国殖民者在征服叶尼塞河流域的过程中同样遇到了当地土著人的激烈抵抗，但由于土著人力量分散，武器原始落后，加之俄国殖民者的欺骗引诱、分化瓦解，抵抗皆以失败告终。土著人不得不给沙俄政府上税纳贡。成年男子一般每人每年要缴纳11张貂皮作为实物税，年少者也要缴纳一张，此外还要向沙皇和军役人员送10张貂皮作为贡礼。据不完全统计，1620年至1623年间，仅叶尼塞斯克一地每年即收缴1700—2000张貂皮，到1647年增加到4500张，俄国政府对西伯利亚的掠夺由此可见一斑。
当然沙俄政府对被占领地区不仅仅是掠夺，也注意开发。叶尼塞河流域南部地区适宜农耕，俄国政府便向这里迁移人口，创办垦殖点。到17世纪末，这里已成为仅次于托博尔斯克地区的西伯利亚第二个农业生产中心了。
沙俄殖民者在征服叶尼塞河流域的过程中，从当地居民口中得知东方还有一条叫“林”的大河（即勒拿河），“可乘大船在该河行驶”，“林”河两岸居住着许多人，他们用貂皮购买铁器，“没有任何一种火器，其房舍与俄国人的相同，饲养马匹，不事耕种，亦不晓得耕耘稼穑一类事务，衣着服饰也同俄国人没有什么区别。”这些信息自然引起了沙俄殖民者的极大兴趣。沙俄政府指示托博尔斯克督军组织探险队去勒拿河，搞清情况，相机占领。于是，从17世纪20年代起，俄国殖民者又开始向勒拿河流域进军。他们同样分南、北两路进军。北路从图鲁汉斯克沿叶尼塞河支流下通古斯河上溯进入勒拿河支流地区；南路从叶尼塞斯克经库塔河进入勒拿河流域。1632年，俄国殖民者在勒拿河中游建雅库茨克城堡，沙皇政府在此设督军府，直接隶属于莫斯科。沙皇米哈伊尔·费多罗维奇在给首任督军戈洛文的指令中说：“勒拿大河条件优越，土地辽阔，到处有游牧与定居的人们，盛产貂及各种野兽。”他要求其“寻找尚未缴纳实物税人们的新土地”，并使他们“臣服于沙皇的崇高统治”。沙皇政府接二连三的指令极大地鼓舞了俄国殖民者。他们为了给沙皇占领新的“未缴纳贡赋的土地”，使这些土地上的土著人“臣服于沙皇的崇高统治”，从而获得沙皇政府的奖赏，为了在掠夺土著人中获得巨大利益，不畏旅途艰险，不畏风刀雪剑，不畏土著人的反抗杀戮，不断深入、探测新的土地，征服掠夺土著，到17世纪30年代末已基本占领了勒拿河流域。新土地的占领给沙皇政府带来无法计算的巨大收益，它不仅使俄国的版图进一步扩大，使俄国的实力、地位进一步增强，还使俄国地上地下所蕴藏的巨大资源宝藏进一步丰富，仅当时俄国皇室贵族、官宦商贾朝思暮想、孜孜以求的名贵貂皮即成倍增加。1636年，俄国在勒拿河雅库特地区收缴的实物税和官税为8886张毛皮，1637年即比前一年增加了5—6倍。1639年雅库茨克地区送交莫斯科的貂皮为23969张，1643年从该地区运出的貂皮则达146720张。其增长幅度是何等的惊人！从现代人的角度看，这些数字后面隐藏的是珍贵野生动物的惊人减少与灭绝，是大自然和人类生态平衡的隐性破坏，但沙俄的殖民者、沙俄的统治阶级追求的只是一己私欲，哪能顾及这些！
沙俄殖民者在占领勒拿河流域后继续向前推进。在南部，他们粉碎了布里亚特人一次又一次的反抗，从勒拿河上游一直推进到贝加尔湖，在这里建立了伊尔库茨克、下乌丁斯克、上乌丁斯克（今乌兰乌德城）等许多重要城堡，到17世纪70年代吞并了整个贝加尔湖地区。在东部，1639年他们推进到鄂霍茨克海沿岸，抵达太平洋西岸，在这里建立了鄂霍茨克等重要城堡。在东北方向，由于遭到土著楚科奇人的顽强抵抗，他们费时一百多年，直到18世纪下半叶才把楚科奇岛吞并，把俄国的版图扩展到东北亚之角。在此期间，俄国殖民者于17世纪末获知堪察加半岛的一些情况，便把魔爪也伸到这里，挫败了土著人的顽强抵抗，于18世纪30年代占领了全岛。之后，他们又以堪察加半岛为基地向海外扩张，1743年占领了科曼多尔群岛，1761年进入北美阿拉斯加，随后把这块面积达一百多万平方公里的北美洲土地据为己有。俄国殖民者的贪欲由此又见一斑。
在东南方，他们把侵略的魔爪伸向中国黑龙江流域，在这里，他们遇到了前所未有的东方巨龙的严峻挑战。
直到17世纪初，沙俄对中国仍不熟悉，对黑龙江更是一无所知。当时俄国人错误地认为从贝加尔湖到大海有一座高大石山“阻挡着去路”，尚不知道有条大河，更不晓得黑龙江的名称。后来，沙俄殖民者在东扩的过程中逐渐获得关于黑龙江的一些信息，汇报给雅库茨克督军戈洛文，戈洛文又派几批侦探对黑龙江流域的情况作了进一步了解，便派殖民者踏上了侵犯中国黑龙江流域之路。