Enligt den kurdiska valkommissionen fick ja-sidan över 92 procent av rösterna i folkomröstningen.
Iraks premiärminister Haider al-Abadi kräver att kurdiska myndigheter ogiltigförklarar resultatet av den omstridda självständighetsomröstningen.
- Vi kommer aldrig att hålla samtal om resultatet av omröstningen, säger den irakiske premiärministern i ett tal i parlamentet.
- Vi kommer att genomdriva irakisk lag i hela regionen Kurdistan i enlighet med konstitutionen.
En delegation med högt uppsatta militärledare är på väg till grannlandet Iran, skriver den irakiska militären i ett uttalande. Iran har de senaste dagarna placerat ut robotar i de provinser som gränsar mot irakiska Kurdistan, enligt statliga medier i syfte att försvara gränsen. Landet har också genomfört militärövningar vid gränsen mot Irak i samband med folkomröstningen.
Ta kontroll
al-Abadi uppmanar kurdiska styrkor att dra sig tillbaka från omtvistade områden. Detta samtidigt som det irakiska parlamentet ber premiärministern att gå in med soldater i den kurdiskkontrollerade regionen Kirkuk, och ta kontroll över dess oljefält, rapporterar statlig irakisk tv.
Myndigheterna i den självstyrande kurdiska regionen i norra Irak har ännu inte gått ut med resultatet i måndagens folkomröstning, men en överväldigande seger för ja-sidan väntas.
Kurderna ser folkomröstningen som ett historiskt steg mot drömmen om ett eget land.
USA missnöjt
Men det är inte bara centralregeringen i Bagdad, liksom Iraks grannländer, som gnisslar tänderna. Folkomröstningen ogillas även av USA. Amerikanerna har i åratal spenderat stora pengar och offrat många soldaters liv för att hålla ihop Irak, efter att man störtade Saddam Hussein under den USA-ledda invasionen 2003.
- Det här är ett stort bakslag. Vår uppfattning om att bara USA kan hålla Irak enat är på väg att falla, säger James Jeffrey, tidigare amerikansk ambassadör i Irak.
Att kurdiska ledare får mandat att förhandla om självständighet för regionens nära 8,3 miljoner invånare hotar att leda till fler konflikter, tror USA. Det skulle kunna hindra USA-stödda försök att stabilisera Irak, och att slutligen få stopp på terrorgruppen IS härjningar.
Motvilliga grannar
Många talar om risken för en konflikt kring den från oljeinkomster rika staden Kirkuk och andra etniskt blandade områden som styrs av kurder.
- Vi måste vara med på noterna. Den här typen av splittring skulle kunna skada Irak, säger Heather Nauert, talesperson för USA:s utrikesdepartement.
Folkomröstningen har fördömts av Turkiet och Iran, som är rädda för att den egna kurdiska befolkningen ska ryckas med i självständighetsivern.
Det fanns förväntningar på att USA skulle kunna använda sin starka relation till kurderna till att övertyga Massud Barzani, irakiska Kurdistans president, att slopa omröstningen i utbyte mot samtal med Bagdad. Men Barzani har inte lyssnat.
Valdeltagandet i måndagens folkomröstning var 72 procent, enligt valkommissionen i irakiska Kurdistan.
Det officiella resultatet har inte meddelats, men Massud Barzani, kurdernas regionale president, har redan deklarerat att det blev ett ja. Den kurdiska tv-kanalen Rudaw rapporterar att en överväldigande majoritet, kanske över 90 procent, har röstat ja.
Folkomröstningen är inte bindande och företrädare för det kurdiska styret har sagt att man hoppas på en öppen och fredlig dialog med Bagdad. Men Iraks premiärminister Haider al-Abadi anser att omröstningen strider mot konstitutionen och vill inte diskutera resultatet.