Более или менее оправившись от голода, Ермак-хан стал думать о дальнейшем расширении своего влияния. Теперь его внимание сосредоточилось на восточном направлении, по Иртышу к верховьям, по которому шла дорога к Бухаре. Поводом для нового похода стало известие, полученное Ермаком 1 августа 1584 года, о том, что бухарские купцы желают открыть торговлю с русскими и отправили караван, который якобы был задержан Кучумом.

Ермак разделил свой отряд на две части: большую, из 300 казаков, взял с собой, а меньшую, примерно в 150 человек, оставил для обороны Искера. Отряд пошел на стругах вверх по Иртышу навстречу предполагаемому бухарскому каравану [33, с. 256]. По контексту событий, эти сведения распространялись Сейтеком и Карачой и были ловушкой для Ермака, которого Сейтек выманил из Искера в степь.

В этом походе Ермак-хан применил свою прежнюю тактику. Он поднимался по реке, нападая на встречные города и войска, собираемые местными мурзами для обороны своих владений. Только это уже были татарские области Сибирского ханства, где военное дело было намного более развито, чем в северных, пелымских и остяцких областях. Ермак здесь встретился с сильным сопротивлением. Иртышские татары заранее приготовились к нападению русских. Ермаку пришлось разделить свой отряд на несколько небольших, которые штурмовали и брали укрепленные городки татарских мурз, тайшей и князей. Основной отряд под командованием Ермака дошел до устья Ишима, впадающего в Иртыш, где атаман стал лагерем. И здесь не обошлось без просчетов. Ермак был настолько уверен в своей безопасности, что сам не поставил охранения вокруг своей ставки, и ночью был внезапно атакован татарским отрядом. В рукопашной схватке казакам удалось перебить нападавших. Это должно было подсказать Ермаку, что ему противостоит опасный и хитрый противник, но, как оказалось, урок не пошел атаману впрок.

За два-три дня казаки взяли, разграбили и сожгли почти все укрепленные городки области. Особенно ожесточенно оборонялся городок князя Бегиша, стоявший у Бегишевского озера, на Иртыше. Он был взят приступом, и в бою погибли все его защитники. Не была взята только крепость Куллара, у озера Аусанлу, на Иртыше, которая стояла на границе Сибирского ханства и казахских земель. Казаки безуспешно штурмовали ее пять дней и взять, в конечном счете, так и не смогли.

Пока его отряды штурмовали и жгли татарские укрепленные городки, Ермак с основным отрядом искал следы бухарского каравана. Он прошел по Иртышу и Ишиму до Шиш-Тамака, где надеялся встретить купцов. Не найдя там никого, Ермак повернул вниз по Иртышу в сторону Искера. Вскоре Ермаку сообщили, что караван идет вниз по Вагаю [33, с. 260]. Г. Ф. Миллер не приводит никаких сведений о том, откуда Ермак получил это известие. Надо полагать, наверное, что этими сведениями его снабжал Карача, старавшийся запутать его и подготовиться к внезапному нападению на казачий отряд.

Ермак прошел вверх по Вагаю до указанной ему местности Атбаш, но никакого каравана там не было. 5 августа 1584 года он повернул назад, к устью Вагая, и заночевал при впадении в Иртыш, в том месте, где Иртыш делает большую дугу. Русло описывает большую петлю и при впадении Вагая сходится так близко, что впоследствии там прокопали канал для облегчения прохождения этой луки. Место было очень удобным для внезапного нападения, ибо позволяло скрытно подвести и сосредоточить большой отряд.

Отряд Ермака встал на ночлег, снова не выставив охранения. Видимо, атаман полагал, что область завоевана, и ему больше опасаться нечего. Дальнейшие события красочно описаны в патриотическом мифе, как татары внезапно напали на спящих казаков, как завязался ночной бой, в котором Ермак держался до последнего и утонул в Иртыше при неудачной попытке запрыгнуть в струг.

Однако в этой версии есть небольшие нестыковки. Во-первых, судя по описанию трупа Ермака, выловленного из Иртыша, он был в доспехах и вооружении. Сомнительно, чтобы атаман стоящего на ночлеге отряда вдруг, к началу внезапного ночного боя, оказался в полном вооружении. Во-вторых, один казак все же спасся; ему удалось уплыть на струге. Это показывает, что бой был не такой уж и внезапный.

Скорее всего, вечером 5 августа 1584 года отряд Ермака, точнее его часть, которой командовал сам атаман, после высадки в излучине Иртыша сразу же была окружена и прижата к берегу. Большая часть отряда погибла в рукопашной схватке на берегу, а часть же, во главе с Ермаком, видно, попыталась снова сесть в струги и отойти от берега. В рассказах историков и краеведов приводятся самые разнообразные детали того, как именно погиб Ермак. Можно встретить сообщение о том, что атаман получил ранение в горло и утонул из-за раны [21, с. 172]. Почесть последнего поединка с Ермаком приписывается Кутугаю, который якобы и ранил его в горло. После ранения Ермак попытался сесть в струг, но оступился, упал в воду и захлебнулся.

Эта версия опровергается теми сведениями, которые Г. Ф. Миллер приводит о том, кому достались доспехи и оружие Ермака. Его труп был найден 13 августа 1584 года в 12 верстах выше Абалака. Правитель Епан-чинских юрт, мурза Бегиша Ямыш, узнал в утопленнике атамана и распорядился вытащить тело из воды. Тело было похоронено недалеко от Епанчинских юрт, а доспехи и одежда атамана, снятые с трупа, были разделены. Панцирь был преподнесен в подарок белогорским ходжи. Кольчугу с медной опушкой и золотыми царскими гербами получил в подарок мурза Кайдаул (по всей видимости, он был непосредственным участником схватки с Ермаком). Кафтан взял себе Сейтек, а Карача получил саблю с поясом [33, с. 264]. Нет среди получателей трофеев ни Кучума, ни Кутугая. Более того, если бы Кучум был организатором нападения на отряд Ермака, то уж его не смогли бы обойти при разделе столь ценных трофеев. Раз его в списке получателей нет, это значит, что к этому сражению он не имеет никакого отношения.

Хорошо известно о дальнейшей судьбе кольчуги Ермака. В 1658 году она находилась у наследника мурзы Кайдаула — Мамета. За нее давали 10 семей рабов, 50 верблюдов, 500 лошадей, 200 коров и 1000 овец. Впоследствии она была выкуплена у Мамета тобольским воеводой и отправлена в Москву.

Получается, что версия героического последнего боя атамана со всеми деталями, также как и большинство его похождений в Сибири, попросту придумана историками. Не было «последнего, героического боя». Скорее всего, струг, на котором был Ермак, перевернулся; атаман, как был в тяжелых доспехах, упал в воду и утонул. Если бы действительно был последний бой, то сабля осталась бы в реке, в месте боя, а не висела бы на поясе у Ермака, когда его прибило к берегу недалеко от Епанчинских юрт. Мурза Бегиша Ямыш узнал атамана в том числе и по дорогой сабле, взятой из арсенала хана Кучума в Искере.

Так что придется признать прискорбный для патриотической мифологии факт — Ермак погиб во время бегства от татарского отряда Карачи, так и не вытащив саблю из ножен.

Авторы прославленного труда «История Сибири с древнейших времен до наших дней» утверждают, что: «Поход казачьей дружины Ермака сыграл большую роль в подготовке процесса присоединения территории Зауралья к Русскому государству. Он открыл возможность широкого хозяйственного освоения Сибири русскими» [17, с. 31].