Вторая волна тюркского переселения на северо-запад началась, очевидно, в V веке. Ее отметило, очевидно, восстание телеутов, живших на Алтае, в 492 году против Жужаньского ханства, и образованием собственного ханства, известного под китайским названием Гаогюй. Правда, уже в 496 году государство было разгромлено эфталитами, что вызвало, очевидно, первую волну бегства населения на север и северо-запад, в долины Верхней Оби и ее притоков. По сведениям археолога В.А. Могильникова, тюркские памятники отмечаются в этом районе с VI века.

Эта территория закрепилась в тюркских руках после похода на запад Истеми-кагана, младшего брата тюркютского Бумын-кагана, основателя Тюркского каганата. В 554-555 годах он, во главе войска, набранного по всей видимости на Алтае (Л.Н. Гумилев полагает, что в состав его входили разнородные народы, в том числе и угро-самодийские), совершил поход к «Западному морю» (Аральскому), а в 558 году дошел до низовьев Волги. Таким образом, под власть тюркских каганов попала огромная территория, в будущем заселенная тюрками.

Насколько можно судить, в это время тюрок больше всего интересовали южные районы: Семиречье, долина Сыр-Дарьи, в общем, территории, прилегающие к городским областям Средней Азии. Долина Оби и Иртыша еще не привлекала их внимания, что отражено в тюркских надписях. «Познания о Сибири у тюрок были невелики. Очевидно, тайга их не привлекала. Они знали только племена и народы, жившие на границе со степью: байырку в Восточном Забайкалье, курыканов, в то время живших около Байкала, кыргызов в Западных Саянах и карлуков на Верхнем Иртыше. Название Иртыш сохранилось до нашего времени».

После распада Тюркских каганатов, на Иртыше в середине VII века расселяются кимаки, которые в конце IX века образовали довольно большое государство – Кимакский каганат, территория которого охватывала Центральный Казахстан, Северный Алтай и Прииртышье. Долина Иртыша была основной областью этого государства, здесь находилось 11 из 16 городов каганата. По всей видимости, с кимаками связано распространение тюркского населения по Оби до устья Чулыма. Барабинская степь была заселена тюрками в VII-VIII веках.

Период активного заселения тюрками этой территории пришелся на IX-X века, когда в восточной и западной частях области появились два могущественных народа. На востоке, в Минусинской котловине в начале IX века резко поднялся и захватил гегемонию на Саяно-Алтае Кыргызский каганат, а в западной части поселились огузы.

После того, как в 840 году кыргызский каган Алп Урунгу разгромил Уйгурский каганат, власть кыргызов распространилась на большую территорию не только в южной части Саяно-Алтая, но и в Обь-Иртышском междуречье. Судя по находкам кыргызских погребений, влияние кыргызов распространялось до Иртыша на западе, и захватывало долину Томи и Катуни.

Как они распространили свое влияние на этой территории, сколько долго ее удерживали и как сложились их отношения с кимаками, сказать сейчас невозможно за крайним недостатком сведений.

Распространение тюрок по Оби и Иртышу в это время, вышедших из долины Енисея, подтверждают материалы изучения языка ясколбинских (или заболотных) татар, живущих по правому берегу Иртыша. Язык этих татар характерен большой древностью, которая выражается наличием в говоре кыпчакского типа древнетюркского слоя, восходящего к памятникам орхоно-енисейских и таласских надписей. Хотя, стоит отметить, что ряд исследователей считает, что язык западно-сибирских татар древнее языка орхоно-енисейских надписей.