Ермак воевал в Ливонской войне, командуя казачьей сотней. Под началом воеводы Дмитрия Хворостинина участвовал в 1581 году в успешном походе в Литву, дошёл вниз по Днепру до Могилёва и сразился в битве под Шкловом. Сохранилось письмо литовского коменданта Могилёва Стравинского, отправленное в конце июня 1581 года королю Стефану Баторию, в котором упоминается «Ермак Тимофеевич — атаман казацкий». Осенью того же года Ермак участвовал в снятии осады Пскова, а после — в битве под Лялицами в феврале 1582 года, в которой русское войско во главе с Хворостининым остановило продвижение шведов. Как пишет Руслан Скрынников, Ермак сражался под началом Хворостинина ещё десятью годами ранее в битве при Молодях в составе отряда донского атамана Михаила Черкашенина.