В 1563 году в связи с попытками сибирских князей перейти в подданство к русскому царю Ивану IV Грозному представители тюменской династии возвращаются на север. На престол в Искере (Сибири), новой столице местных государств, был посажен внук тюменского хана Ибрахима. Он правил поочередно со своим братом Кучумом, которого принято называть «последним сибирским царем».

Сибирское ханство во второй половине XVI века находилось между двумя крупными силами. С одной стороны, это было растущее Московское государство, границы которого после захвата Казани и Астрахани, признания подданства башкирскими племенами и примирения Ногайской Орды вплотную придвинулись к Приуралью. Многие местные группы населения признавали власть тюменских и сибирских ханов, но совместные усилия купцов Строгановых, пермских воевод и местных православных святителей усиливали позиции русской власти. С другой стороны, сибирские правители были в родстве с бухарским ханом Абдуллой II, который поставил под свой контроль большую часть Центральной Азии и оказывал значительное влияние на своих соседей из числа казахов и ногаев.

Обе стороны были крайне заинтересованы получении прямого доступа к сибирской пушнине. Причем ее крупные запасы находились не только в таежной зоне, но и в Среднем Притоболье (от Исети на севере до Убагана на юге). Расположенные здесь леса, в том числе крупнейший Илет Карагая (его остатки сейчас называются Илецко-Иковским бором к северу от Кургана), находились в коллективном пользовании южнозауральских, исетских и тюменских тюрко-татарских групп населения. С приходом к власти в Сибири Ахмад-Гирея и Кучума среднее течение Тобола стало частью ханских кочевий, что не запрещало здесь охотиться, но делало невозможным появление поселений. Известные нам группы региона жили к западу от Тобола (табын, на их территории также были ногаи, чьи основные кочевья располагались в степной зоне) и по Исети (киныр, терсяк, бачкир, катай, сынрян, бикотин, салжиут). Только четыре из этих групп (табын, бачкир, салжиут и, возможно, катай) могут быть связаны с населением трех предшествовавших столетий. Смена групп также говорит о значительном оттоке населения и изменении этнокультурной картины региона.

Братья-правители пытались проводить независимую политику. Так, в 1569-1571 гг. Кучум вел переговоры с Москвой, но после крымского похода 1571 года и сожжения Москвы они были прерваны. В Приуралье началось восстание против русской власти, где не до конца ясную роль сыграли и сибирские ханы, которые с этого времени переориентировались на Бухару, откуда вскоре прибыла очередная миссия с целью продолжения исламизации местного населения. Сторонниками этого направления сибирской политики были и потомки Шейх-Мамая. В результате отношения с Москвой были на долгое время прерваны, хотя и не были однозначно враждебными.

В 1582 году история сибирской государственности династии Шибанидов была прервана походом казачьего атамана Ермака, который разгромил войска Кучума и захватил его северную столицу Искер. Это событие не стало концом Сибирского ханства, но было фактором, подтолкнувшим его стагнацию и распад. Они усилились после 1586 года, когда московские воеводы по прямому приказу царя Федора Ивановича на месте татарского города Чимги-Тура основали современную Тюмень, центр русского присоединения Сибири. Под влиянием этого события многие татары начинают переходить на сторону русской власти, так формируется особая категория сибирских служилых татар. Несмотря на это вплоть до конца XVI века многие племена лесостепи продолжали оказывать поддержку своему царю, первое появление русских в Приисетье в 1595 году было неудачным. Только в 1600-1601 гг. приисетские тюрко-татарские группы шертвуют (дают присягу) Москве, что было связано со смертью Кучума и ростом давления на них со стороны новой степной силы в лице калмыков.