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.