在16世纪末以前，今俄罗斯的西伯利亚直至远东地区，还不是俄国的领土。这一时期，俄罗斯刚刚形成统一的中央集权国家，其领土面积仅为280万平方公里，地处东北欧一角，与西伯利亚相距遥远。从16世纪中叶沙皇伊凡四世执政，俄国才开始向欧洲东部和亚洲大陆北部扩张，逐步吞并了西伯利亚与远东的大片领土，将疆域扩展到太平洋岸边。在沙俄向东方扩张的过程中，首先遇到的障碍是与俄国毗邻的西伯利亚汗国。
1556年，沙皇召见了与西伯利亚汗国毗连的斯特罗甘诺夫家族，询问边境形势，并授权他们抵挡西伯利亚汗国。令他们在西伯利亚汗国近处构筑工事堡垒，招募军队，添置武器，伺机侵占西伯利亚汗国。1574年，沙皇再次下令，准许斯特罗甘诺夫家族在乌拉尔山东侧-鄂毕河及其支流图拉河、托博尔河和额尔齐斯河等地建城募兵，就此俄国将其势力直接扩张到西伯利亚汗国境内。斯特罗甘诺家族秉承沙皇旨意，多次进犯西伯利亚汗国，与汗国的人民发生了激烈的冲突。1579年，斯特罗甘诺夫家族派人与曾被沙皇处以重刑的哥萨克首领叶尔马克联系，鼓动他入伙，去征服西伯利亚汗国，为沙皇拓殖疆土效劳。
1581 年，经过长期准备后，叶尔马克率领840人的队伍，在斯特罗甘诺夫家族武器下，前去征讨西伯利亚。沙俄军队沿水路前进，经过楚索瓦亚河，翻越乌拉尔山，跨越谢列布良卡河、塔吉尔河、图拉河、托博尔河，最后侵入额尔齐斯河。1581年10月26日，攻占了西伯利亚汗国首府卡什雷克。叶尔马克一伙为俄国扩张立下了战功。沙皇政府决定赦免叶尔马克等人，表彰他们的行动并颁发了大量薪饷。斯特罗甘诺夫家族也受到鼓励，得到两座城池的奖赏。沙俄军队的侵略暴行，激起了西伯利亚汗国人民的极大愤努，他们奋力抵抗俄侵略者，一直坚持了20多年。1598年，俄军打败了库楚姆汗，库楚姆汗逃到大草原后不久身亡。至此，沙俄最后征服了西伯利亚汗国。其侵略势力越过了乌拉尔山，叶尔马克的远征揭开了俄国向西伯利亚大规模扩张的序幕，到17世纪30-40年代，沙俄的侵略势力已经跨越了叶尼塞河，到达勒拿河、楚科奇半岛和鄂霍次克海。
沙俄征服了西伯利亚汗国以后，派遣重兵，兴建城堡，把持军事据点，以巩固新占领的地区。并以这些据点为大本营进一步染指巴拉宾大草原。沙俄为占领鄂毕河中下游地区，还挥师北大，相继灭了彼雷姆酋长国和叶潘恰酋长国，在这里建立了彼雷姆城和图林斯克城。乌拉尔山脉北部和鄂毕河下游地区，俄国历史上称之为“尤格拉”和“伯绍拉”地区。这里长期居住着萨莫耶德人、汉特人和楚德人等，他们的水产业和毛皮业非常出名，俄国人对这里的财富觊觎已久。沙俄灭掉西伯利亚汗国后，为彻底征服鄂毕河下游地区铺平了道路。1593年，战胜了治特人以后，沙俄在汉特人苏格穆特瓦什城的旧址上，建立了别列佐夫城，并以此为根据地继续向塔扎河流进军，于1601年在塔轧河下流建立了曼加结亚城，这标志着俄国已基本上占领了鄂毕河下游地区。与此同时，沙俄又加紧了向鄂毕河上游的推进，于托木河口建立了托木斯克城。在这一带，俄军又同当地蒙古和吉尔吉斯等民族发生了激烈斗争，并开始逼进中国西北边疆。