Macar Kralı Sigismund komutasında 1396 Eylül ayında Osmanlı topraklarına girerek Tuna Nehri kıyısındaki Niğbolu kalesini kuşattı. Yıldırım Bayezid hemen İstanbul kuşatmasını kaldırarark Edirne'de topladığı ordusu ile Niğbolu'ya yürüdü. İki ordu Niğbolu kalesi önünde karşılaştı. 25 Eylül 1396 tarihinde yapılan savaşta Osmanlı Ordusu Haçlıları yendi.
Bu savaş sonucunda Bulgar Krallığı Osmanlı'ya katıldı. Bu savaş sonucunda Yıldırım Bayezid'in Anadolu üzerinde saygınlığı arttı. Mısır Halifesi Yıldırım Bayezit'e "Anadolu'nun Sultanı" unvanı ile hitap etti. Niğbolu zaferinden hemen sonra İstanbul kuşatmasına kaldığı yerden devam etti. Karadeniz üzerinden gelen yardımları engellemek amacıyla İstanbul'un Anadolu yakasına Anadolu Hisarı yaptırdı. Bunun üzerine Bizans dışardan yardım alamayacağını anlayınca anlaşma sundu. Yıldırım Bayezid doğuda Timur tehlikesi çıktığı için bu anlaşmaya olumlu yanıt verdi. 1397'de Anadolu Seferine çıktı ve Konya'yı alarak Karamanoğulları Beyliğine son verdi. Ardından sınırları doğuda Fırat Nehri'ne kadar genişletti. Anadolu'da siyasi birliği sağlamasının ve İstanbul'un fethine çok yaklaşmış iken doğuda bir tehlike belirdi. Timur Türkistan'da güçlü bir devlet kurmuştu. Timur Osmanlıların Doğuya doğru genişlemesinden rahatsız oluyor ve Çin' e yapacağı savaş öncesi doğu sınırlarını güvence altına almak istiyordu. Timur Osmanlı toprağına girdi. Önce Sivas'ı aldı. Ardından Yıldırım Bayezid doğuya doğru ilerleyerek Timur hakimiyetinde olan Erzincan ve Kemah'ı aldı. Ve iki taraf bu gelişmelerin ardından 28 Temumuz 1402 tarihinde Ankara yakınlarındaki Çubuk Ovası' nda karşı karşıya geldi. Zırhlı süvariler ve fillerle güçlendirilmiş olan Timur'un ordusu asker sayısı bakımından da üstündü. Bir de Bayezid'in ordusunda bulunan Kara tatarlar ve eski Anadolu beyliklerinden gelen askerler karşı tarafa geçti. Bayezid savaş alanını terk etmedi ve Timur'a esir düştü. Timur'un yanında bir süre tutsak yaşadıktan sonra hastalanarak 1403 yılında Akşehir'de vefat etti