Han sade att den pakistanska regeringen skulle kunna ge möjligheter till samtal mellan Afghanistans höga fredsråd och militanterna.
Pakistans premiärminister Nawaz Sharif sade att han ville hjälpa regionala insatser för att stabilisera Afghanistan.
Karzai har förlängt sin vistelse så att samtalen med Pakistan kan fortsätta.
BBC:s Charles Haviland i Islamabad säger att hans beslut är en överraskande utveckling när presidenten söker Sharifs hjälp med att föra de afghanska talibanerna till förhandlingsbordet.
Tjänstemännen säger att det faktum att Karzais samtal i Islamabad kommer att fortsätta på tisdag - när han kommer att träffa Sharif igen - visar att de hittills har gått bra och att de två sidorna har något konkret att tala om.
I sina offentliga uttalanden efter sina samtal tog både Sharif och Karzai upp problemet med militant våld - även om Karzai fokuserade mycket mer på det.
Bristen på säkerhet var den största oron för båda grannländerna, sade ordföranden.
Tre gånger i sitt korta anförande sade Karzai att det behövdes en gemensam kamp mot militansen och att han satte stort hopp till den omvalde Sharif, som kom tillbaka till makten i juni.
Afghanistan anser att talibanernas säkra tillflyktsorter i Pakistan är den främsta orsaken till ökat våld i landet.
Element av Pakistans underrättelsetjänst har länge anklagats för att stödja de afghanska talibanerna och ge dem skydd på pakistansk mark - något Islamabad starkt förnekar.
Karzai sade att han ville att den pakistanska regeringen skulle spela en medlande roll med talibanerna, med vilka Pakistan har en hög grad av inflytande.
Efter samtalen sade han att de två länderna diskuterade "den gemensamma kampen mot extremism och försoning och fredsbyggande i Afghanistan med förhoppningen att Pakistans regering kommer att underlätta och [ge] hjälp... till fredsprocessen".
"Vi hoppas att med detta på vår dagordning kan vi gå vidare för att skapa stabilitet och fred i båda länderna", sade presidenten.
Den pakistanske premiärministern sade för sin del att Pakistan skulle utöka alla möjligheter till fredssamtal mellan den afghanska regeringen och talibanerna.
"Jag försäkrade president Karzai att vi kommer att fortsätta att utvidga alla möjliga lättnader till det internationella samfundets ansträngningar för att förverkliga detta ädla mål", sade han.
"Pakistan kommer också att bidra till att stärka de regionala insatserna för att stödja stabiliseringen av Afghanistan."
Han sade att Pakistan ville ha en granne som var "fredlig, stabil och enad" och att fredsprocessen måste vara "omfattande, afghanskt ägd och afghanskt ledd".
Talibanerna vägrar att tala med Karzai och avfärdar honom som en amerikansk marionettdocka.
Ett av Karzais främsta krav har varit frigivningen av högprofilerade talibanfångar som hålls i Pakistan i hopp om att detta kommer att bidra till att få igång direkta samtal med rebeller.
Han är särskilt angelägen om att talibanernas andre befälhavare, mulla Abdul Ghani Baradar, som greps i Karachi 2010, ska friges.
Källor har sagt till BBC att afghanerna i hans fall vill att han flyttas till Saudiarabien eller Förenade Arabemiraten.
Karzais besök kom efter ett försök att sätta i gång fredssamtalen i Qatars huvudstad i Doha som grundades i juni.
Afghanistans president Hamid Karzai har uppmanat Pakistan att "underlätta fredssamtal" mellan sitt land och talibanerna under ett besök i Islamabad.