1556年，沙皇召见了与西伯利亚汗国毗邻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，招兵买马，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，与汗国的人民屡屡发生激烈冲突。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，为沙皇拓展疆土效犬马之劳。
1581年，经过长期谋划准备，叶尔马克率领840人的队伍前去征讨西伯利亚。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赫赫战功。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慨，他们奋力抵抗俄侵略者，一直坚持斗争了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，沙俄最终征服了西伯利亚汗国。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。
伊凡四世作为军事家统帅活动的特点是，战略企图大胆，实施企图果断。他亲自领导军队参加了喀山远征(1545—1552)、波洛茨克远征(1563)、1572年和1577年两次立窝尼亚远征，战场上的伊凡四世十分勇敢。在战略方面遵循的方针，是连续打击敌人，动员国家和军队预先做好周密的战争准备。在保障了罗斯东面的安全(征服了喀山汗国和阿斯特拉罕汗国)和做好其南面的防御(在克里木鞑靼人入侵的通路上建立了鹿砦边界配系)之后，伊凡四世集中主要力量对付立窝尼亚骑土团。马克思指出：“他反对立窝尼亚的企图是顽强的，其自觉的目的是为罗斯争得波罗的海出海口，打开向欧洲的通路。”在战术方面，伊凡四世认为，野战中应以消灭敌人的有生力量为出发点，但要塞防御和包围也具有重要意义。在攻坚战中广泛使用火炮和工程器材，其中包括地雷爆破器材。
