Казаки плыли вниз по Тоболу, везде устрашали и разгоняли толпы туземцев выстрелами. Кучум собрал свое войско: и татар и подвластных остяков. Он стал на берегу Иртыша, недалеко от устья Тобола, близ нынешнего Тобольска, на горе, называемой Чувашево, а вперед выслал царевича Махметкула: одни называют его сыном, другие племянником Кучума. Махметкул устроил засеку и дожидался казаков. Казаки увидали против себя такое множество врагов, что приходилось тридцать сибиряков на одного казака. Тогда собрался казачий круг и рассуждали, что им делать. Некоторые стали советовать уклониться от боя, другие же, и сам Ермак, говорили: «Куда нам бежать? Уже осень; реки начинают замерзать. Не положим на себя худой славы. Вспомним обещание, что мы дали честным людям (Строгоновым) перед Богом. Если мы воротимся, то срам нам будет и преступление слова своего: а если Всемогущий Бог нам поможет, то не оскудеет память наша в этих странах и слава наша вечна будет». Все единогласно решили пострадать за православную веру и послужить государю до смерти. 23 октября произошла битва. Стрелы ничего не могли сделать против ружей и пушек, хотя сибиряки дрались так отчаянно, что казаки потеряли сто семь человек, которых до сих пор поминают в синодиках тобольского собора. Татары бежали. За ними и сам Кучум, – который, по сказанию татарских историков, тогда уже был слеп, – скрылся в ишимских степях, едва успевши захватить часть своей казны. 26 октября Ермак с казаками вступил в столицу сибирского царства Искер, или Сибирь, и захватил там достаточный запас мехов, азиатских тканей и разных драгоценностей. В городе не осталось ни одного сибиряка: быстрый успех русских навел всеобщий страх на подданных Кучума. Татары, остяки и вогуличи со своими князьками приходили бить челом победителю, приносили дары и привозили запасы. Ермак приводил их к шерти на имя государя, обращался с ними ласково, отпускал в их юрты и строго запретил своим казакам делать малейшее насилие туземцам.
Наступившая зима не дозволила Ермаку продолжать завоевание Сибири. Он оставался в Искере. О Кучуме не было никакого слуха. Казаки спокойно ездили по окрестностям ловить рыбу; Махметкул напал было на них и умертвил двадцать человек, но сам был разбит Ермаком. С наступлением весны Махметкул подбирался к Искеру, но Ермак узнал об этом заранее, выслал 60 человек, которые напали на сонных татар, схватили Махметкула и привезли к своему предводителю. Ермак обошелся с ним очень ласково. Неизвестно, зимою ли или еще весною отправил он своего товарища, опального Ивана Кольцо к царю известить, что Бог покорил ему государю сибирскую землю, и просить присылки воевод и ратных людей на сибирскую землю. Между тем сам Ермак с наступлением зимы продолжал подчинять разных данников Кучума и, между прочим, взял остяцкий город Назым, под которым потерял одного из атаманов, Никиту Пана.
Иван Грозный принял Кольцо милостиво, объявил ему прощение в прежних его преступлениях и отправил с ним в Сибирь воеводу князя Семена Волховского и Ивана Глухова со значительным отрядом ратных людей. Говорят, что царь в то же время послал Ермаку в подарок два панциря, серебряный ковш, камки и шубу со своего плеча.