К середине XVI века, в царствование Ивана IV, прозванного Грозным (1530–1584 гг.), Россия стала единым государством. Укрепившись на троне, Иван IV захватил крепости Казань и Астрахань и присоединил Казанское и Астраханское ханства к Русскому государству. В 1555 году хан Сибирского ханства, расположенного за Уралом, Едигер направил в Москву посла с предложением включить его ханство в состав русских земель на правах автономной провинции. В обмен за царское покровительство татарский хан обещал платить ежегодную дань: по одной соболиной шкурке с каждого своего подданного мужского пола. Долгие переговоры, последовавшие за предложением Едигера, увенчались успехом. Однако соглашение действовало недолго. Силой захватив трон, преемник Едигера хан Кучум отказался платить дань мехами. Отношения между русскими и татарами испортились, и воинственный хан Кучум начал подготовку к нападению на пограничные районы России.
В те времена на берегах Камы обосновалась могущественная купеческая семья Строгановых, владевшая обширнейшими землями на Урале. Строгановы получили от царя неограниченные права на Западную Сибирь при условии, что покорят ее собственными силами и за собственный счет. Это был ловкий маневр царя. Иван Грозный хорошо понимал, что торговля мехами с Сибирью расширилась и в случае татарских набегов Строгановы пострадали бы первыми.
За семь лет эти богатейшие русские купцы создали наемное войско из казаков, поставив во главе его Ермака Тимофеевича, человека без роду и племени, но мужественного и способного военачальника, который вошел в историю как «покоритель Сибири». Когда дружина Ермака отправилась на покорение Сибири, в ней насчитывалось лишь 840 человек, но они были хорошо вооружены и дисциплинированны, в то время как значительно более многочисленной орде Кучума, состоявшей из представителей разных племен, не хватало сплоченности. Кроме того, войско хана было вооружено лишь луками и стрелами. Весной 1582 года, достигнув Западно-Сибирской равнины, Ермак со своим маленьким войском направился к столице Сибирского ханства Кашлыку (в 17 километрах от нынешнего Тобольска). На подступах к ней войско Строгановых сразилось с татарами и нанесло им жестокое поражение. Кучум укрылся в своей столице, второе название которой было — Сибир. (Сиб-ир по-монгольски «спящая земля». Слово «Сибирь» как название огромных пространств, раскинувшихся от Урала до Тихого океана, имеет то же происхождение.) Затем он бежал оттуда в Барабинские степи. 26 октября 1582 года казаки Ермака вошли в Кашлык. Завоевание Сибири стало свершившимся фактом. К России были присоединены новые огромные территории.
Кучум между тем в своей юрте, затерянной в степи, обдумывал план мести. В августе 1584 года он устроил Ермаку засаду. Одетый в тяжелые доспехи, Ермак утонул, пытаясь переплыть реку. Смерть «покорителя Сибири» приостановила на некоторое время проникновение русских в Азию. Царское войско было вынуждено оставить Кашлык и вернуться на другую сторону Урала. Но вскоре они вновь перешли через великую горную цепь, чтобы уже окончательно остаться в Сибири.
Вернувшиеся в Сибирь русские были встречены коренными жителями как освободители. Все местные племена признали власть царя, началась колонизация края. Повсюду стали возводиться остроги (деревянные крепости), из которых выросли нынешние города Западной Сибири. В бассейне Иртыша возникли Тюмень (1586) и Тобольск (1587), на Оби — Березов (1593) и Сургут (1594). Затем появились Верхотурье и Нарым (1598), Мангазея (1601) и Томск (1604). Русские продвигались с невероятной скоростью. Разделившись на небольшие группы, они проходили по тайге и тундре тысячи километров, прокладывая первые дороги.
В завоевании Сибири есть что-то от чуда. Вряд ли число русских, проникших туда, превышало две тысячи человек. Никогда еще в истории человечества ни один народ не осуществлял столь грандиозного предприятия такими малыми силами. Историки единодушны в мнении, что это было бы невозможно без дружеской и безусловной поддержки со стороны местного населения.
К началу 40-х годов XVII века русские достигли Охотского моря и бассейна Амура. В конце 40-х — начале 50-х годов они вышли к Тихому океану, завершив присоединение Сибири и Дальнего Востока к России. После завоевания дальневосточных земель русские двинулись дальше, к никем еще не занятым Аляске и Алеутским островам.
Дорогу к этим безлюдным землям открыли несколько знаменитых мореплавателей. В 1648 году казак Семен Дежнев стал первым, кто доказал существование пролива между Американским и Азиатским материками. Почти век спустя, в 1732 году, экспедиция, возглавляемая Иваном Федоровым и Михаилом Гвоздевым, достигла северо-западных берегов Аляски. Но открытие Америки с востока произошло девятью годами позже, когда состоявший на службе у Петра Великого датчанин Витус Беринг и русский Алексей Чириков на кораблях «Св. Петр» и «Св. Павел» отправились от берегов Камчатки, достигли Американского континента и высадились на острове Каяк. Затем был открыт ряд других островов.