穆罕默德二世即位(1451年)后，奥斯曼中兴。他做了两年的准备后，于1453年开始围攻君士坦丁堡。君士坦丁堡三面临海，一面有坚固城墙，易守难攻，城墙、“希腊火”和金角湾口大铁链是其护城三大法宝。54天的围攻由于金角湾方面未能合围而失败。
4月21日夜，奥斯曼人买通热那亚人(守城部队一部分)并沿其控制的加拉塔区边界铺设一条15公里长的木板滑道，把70艘小船从陆路拖入金角湾，终于完成了对君士坦丁堡的海陆合围。经过激烈的战斗，奥斯曼军队终于在5月29日攻下君士坦丁堡，拜占庭末帝被杀。无数财宝被抢劫，古典文化惨遭破坏，6万居民被卖为奴，著名的圣索菲亚教堂被改为清真寺。这就是后来的伊斯坦布尔。
占领君士坦丁堡不仅标志着拜占庭帝国千年统治的结束，而且意味着新的世界帝国奥斯曼帝国的崛起。它在东方穆斯林国家中的威望急剧上升，对内控制能力和对外侵略扩张能力随之倍增，对欧亚国际局势的发展具有越来越大的发言权。在此后的20—30年，奥斯曼帝国的领土迅速扩大，塞尔维亚、摩利亚、瓦拉几亚、波斯尼亚、阿尔巴尼亚先后成为帝国的一部分。在亚洲，苏丹也兼并了许多地方，基本完成了安纳托利亚的统一，并使克里木汗国臣服。
1512年塞利姆一世即位，开始了帝国极盛时期的对外扩张。塞利姆的主要对手是企图插手安纳托利亚事务的伊朗萨菲王朝和埃及麦木鲁克王朝。萨菲王朝信奉什叶派，在安纳托利亚拥有数以万计的信徒，煽动叛乱反对逊尼派奥斯曼的统治。塞利姆逮捕7万什叶派信徒并处决其中5万人，使双方仇恨达到极点。1514年春，塞利姆率14万大军、300门大炮直奔波斯边界。8月23日，奥斯曼军队在查尔迪兰与8万波斯骑兵进行决战，大败波斯军，占领大不里士，次年又夺取库尔德斯坦地区。查尔迪兰战役的胜利使奥斯曼帝国巩固了东部边界，控制了由大不里士至阿勒颇和布尔萨的道路。
1516年6月，塞利姆进攻阿勒颇，同时命令舰队袭扰叙利亚沿海。8月24日，双方在阿勒颇附近的达比克草原进行决战，大败埃军并使年迈的麦木鲁克苏丹命丧黄泉。奥军乘胜追击，相继占领阿勒颇、大马士革、耶路撒冷、加沙等地，1517年1月底进入开罗，麦木鲁克王朝灭亡。叙利亚、巴勒斯坦、汉志和埃及直到南部努比亚地区全部并入奥斯曼版图，使之成为地跨欧亚非的大帝国。征服埃及的结果大大加强了奥斯曼帝国的政治经济地位。作为哈利发和伊斯兰两大圣地的保护者，奥斯曼苏丹在穆斯林中具有至高无上的威望，作为埃及和红海两岸的三人，奥斯曼控制了印度到地中海的红海商路。
塞浦路斯每年向埃及交纳的8000金币转归奥斯曼。塞利姆极为重视地中海上霸权，命令在金角湾兴建新船厂，建造150艘兵船，为其海上扩张打下基础。
苏莱曼一世(1520—1566年)时期，奥斯曼帝国的对外扩张达到极点。他在位46年，亲征13次，除围攻维也纳(1529年)和科孚岛(1526年)失败外，都取得胜利。在欧洲，苏莱曼的侵略矛头指向匈牙利，主要对手是奥地利哈布斯堡王朝。1521年，苏莱曼夺取匈牙利控制下的贝尔格莱德，1526年在摩哈赤使匈军全军覆没，占领布达佩斯、扶植傀儡。
1529年他再征匈牙利，因遭到顽强抵抗，被迫于10月班师。
1540年，苏莱曼再征匈牙利，派总督直接管理，并将其一分为三。苏莱曼在亚洲征服的对象是高加索和伊拉克。经过多次战争，奥斯曼帝国控制了巴士拉—巴格达—阿勒颇这一印度至地中海的第二条商道，1555年同萨菲王朝签订的《阿马西亚和约》确认伊拉克和格鲁吉亚、亚美尼亚的西部地区归奥斯曼帝国。
苏莱曼在陆上扩张节节胜利的同时，也大力抢夺海上霸权。他一面加紧扩建海军，一面加强与海盗的联系，决心在海权方面也要超过西方异教徒国家。1522年，苏莱曼调10万大军渡海出征罗德岛，经9个月围攻终于从骑士团手中拿下该岛，保证了伊斯坦布尔同埃及的海上联系。1534年，被任命为总督的海盗哈伊勒丁(巴巴罗斯)率奥斯曼舰队占领突尼斯。1538年，奥斯曼舰队同西班牙、教皇、威尼斯、葡萄牙的联合舰队在普雷佛扎附近海面发生海上决战，奥斯曼舰队(150艘)战胜了两倍于己的联合舰队，威尼斯被迫割地，并赔款30万金币。这次海战大大巩固了奥斯曼在东地中海的地位。1551年，奥斯曼舰队围攻马耳他岛，夺取的黎波里，并多次袭扰意大利、西班牙沿岸地区和西班牙控制的北非奥兰地区。但1571年的勒颁多海战，奥斯曼被联合舰队打败。与此同时，苏莱曼还致力于印度洋海权的争夺。1529年他曾考虑挖掘运河，沟通地中海与印度的直接联系。他在苏伊士港建立红海舰队，并于1538年出征印度，虽然沿途获胜但这次远征却以失败告终。