德宗光绪元年春三月，命大学士陕甘总督左宗棠督办新疆军务。初，同治元年六月，陕西回民滋事，围攻省城，并扰同州、蒲城，命皖豫督师胜保移军往讨。十月，胜保覆军逮京，赐自尽，以别州将军多隆阿代之。至二年二月，甘肃回民攻陷固原、平凉、宁夏、灵州。五月，西宁花寺回民勾结撒纳番人〈（即抱䍐羌人）〉攻扑丹噶尔城，戎、循一带骚然。及多隆河提兵入陕，驱剿陕回几尽，将移讨甘回，以盩厔未破，亲督军攻下之。多隆阿受伤，旋卒。西安将军都兴阿继起视师，副以提督雷正绾。五月，正绾会提督陶茂林军攻克平凉。滇回蓝二顺袭犯西安省城，副都统穆图善会同巡抚刘蓉等扑灭之。时浩罕为俄罗斯所灭，其别部胖色提（译言营官阿古柏收馀众保安集延。适布鲁特酋思的克等滋扰新疆，喀什噶尔南路回民金相印迎阿古柏出山，攻陷喀城，据之，次第侵夺南八城。阿古柏遂自称帕夏，译言王也）提督业布冲额率师讨之，败绩。六月，溃兵归至乌鲁木齐，参将索焕章胁之反，据汉城，推陕回阿浑（译言师长妥得璘为主，称淸真王。焕章手刃提督，进围满城，陷之，都统平瑞阖门死，哈密、吐鲁番、呼图壁、库尔喀喇乌苏相继失陷。事闻，褫常、淸职，授明绪伊犁将军，以保恒署乌鲁木齐都统，命穆图善率师出关。四年五月，肃州回民占据嘉峪关，并陷州城。五年正月，安集延攻陷伊犁九城，塔尔巴哈台回民复起，找参赞锡霖、武隆阿等据城守。命西安将军库克吉奉督师新疆北路，塔尔巴哈台参赞德兴阿副之。八月，罢总督杨岳斌，以宗棠代之，并督陕、甘军。时西捻数万扰秦中，陕回、甘回数十起，众至百万，横行腹地，两省几无完土。宗棠上议：进兵陕西，必先清关外；进兵甘肃，必先清陕西；驻兵兰州，必先清各路。然后饷路常通，师行无梗。又定计先捻后回。及七年西捻既平，宗棠七月入觐，询西陲帅期，对以五年奏绩。十月，还西安，定三路平回之策：令提督刘松山由绥德取花马池，直捣金积堡老巢，为北路；道员周开锡由秦趋巩，讨巩昌、河、狄之回，为南路；而自与署抚刘典督诸军尽驱陕回入甘，为中路。遂破回巢数百。十二月，松山收抚镇靖堡，至靖边县，土匪董福祥之父世有乞降，旋福祥亦降。
八年二月，雷正绾会道员黄鼎攻拔董志原老巢。四月，陕西平，进兵甘肃诸路，迭战皆捷。八月，松山克灵州。
九年正月，攻金积堡之马五寨，松山阵亡，宗棠以其兄子锦棠代统其军。东自吴忠至灵州，堡寨四百五十馀，西自洪乐至峡口，堡寨百二十馀，尽平。十一月，克金积堡，擒马五、马条。于是回酋马化龙自投乞抚，宗棠命并其父耀邦磔之。
十年三月，署将军金顺、提督张曜平宁夏。
十一年二月，收河州。三月，循化撒纳番人归诚。十一月，锦棠克西宁、大通，俘马寿。
十二年九月，宗棠督提督徐占彪等军攻克肃州，磔悍酋马文禄等，关内肃淸，惟白彦虎𨓜出关外。捷闻，擢宗棠大学士，仍留总督任，而以乌鲁木齐都统景廉督军新疆，金顺副之。至是，召景廉来京，命宗棠代之，仍副以金顺。旋任金顺为乌鲁木齐都统。
二年春正月，因出关饷需紧迫，允左宗棠借洋款一千万两。先是，以东南海防为急，有议弃关外地者，宗棠力持不可。然军食奇绌，各省协饷不继，前后至借洋商、民商一千数百万两，随时以协款抽偿。经营一载，士饱马腾，诸军遂次第出关。秋七月，三品卿衔西宁道刘锦棠收复乌鲁木齐。新疆北路略定，督师左宗棠驻军肃州。今诸军抵安西后，分道递进，汉中镇谭上连为前锋，宁夏镇谭拔萃继之，陕安镇余虎恩又继之，皆听锦棠节度。四月，锦棠出嘉峪关。闰五月，次巴里坤，进驻古城。时回酋马人得据乌鲁木齐，白彦虎据红庙子，土回马明据古牧地。锦棠以阜康当敌冲，距古牧才百里，宜先据之。乃轻骑赴济木萨，约金顺移屯阜康城，自屯城东之九营街，增调徐占彪接防巴里坤，张曜军助屯哈密，以厚哈吐之防。彦虎闻之，自红庙移据古牧，安集延遣𦆑回助之。六月，锦棠围古牧，阿古柏遣将阿托爱率骑来援。锦棠令余虎恩马队击败之，遣步军分攻山垒、南关，皆下，阿托爱弃马遁。锦棠后以开花礟攻城，克之，守兵六千殱焉。趋抵乌垣城东，安集延、土回、𦆑头皆宵逸，遂收复乌鲁木齐、迪化州及其王城。王城，妥得璘据乌鲁时所筑也。锦棠遣诸将分追至盐池，阻戈壁而返。于是，昌吉呼图壁玛纳斯北城，守兵皆遁。阿古柏所遣援兵五千至达坂，闻败，不敢进。新疆北路皆平，惟玛纳斯南城未下。九月，金顺等攻克玛纳斯南城。北路既清，宗棠檄金顺攻玛纳斯南城，久不下，咨湘军助剿。时锦棠驻军乌桓，遣道员罗长佑与总兵谭拔萃、黄万鹏、董福祥等十一营赴之。至是，会攻玛纳斯南城，克之，掘妥得璘尸，戮之，俘其元帅海玉、马受、马有才等，并其悍党殱焉。
三年春三月，刘锦棠、张曜等攻克达坂、吐鲁番、托克逊三城。先是，阿古柏据托克逊，筑三城自卫。托克逊者，噶孙营也，北守达坂拒锦棠、乌垣，南守吐鲁番拒张曜、哈密，白彦虎、于小虎据南山小东沟。锦棠趋小东沟，彦虎等先期走金口峡，锦棠复追及之，彦虎、小虎并入托克逊。玛纳斯南城既克，自后大雪封山，诸军不能逾岭而南。阿古柏等乘暇移达坂、新城两山闲，以大通哈（译言大总管）、爱伊德尔呼里守之。吐鲁番故有满、汉两城，阿古柏次子海古拉又日役万夫造王府，规模雄阔。上年冬，阿古柏令彦虎与马人得守吐鲁番，海古拉守托克逊，爱伊德尔呼里守达坂，自居喀喇沙尔，为中权策应。至是冰解，锦棠自乌垣攻达坂，张曜自哈密西进，先遣提督孙金彪与徐占彪会师盐池，趋吐鲁番。锦棠抵达坂城内，引湖水卫城，泥深及马腹。提督余虎恩、陶生林，副将夏辛酉等马队掠过深淖，列城左山冈，提督谭上达、谭和义、戴宏胜等马队列城复山阿，降将总兵崔伟等马队承其弥缝，敌人方卧，未觉也。天明雾收，城中望见大惊，发西洋枪礟下击，自卯至午不绝。围师少伤亡，屹立不为动。锦棠策马周览城濠，坐骑中枪踣，易马而前，令各营筑垒掘濠以困之。复傍城东筑礟台，敌骑番进，赴援皆败。总兵侯名贵舁开花礟三，寘礟台，连环轰击，城中人马碎裂，群夺门走，诸军遮之不得出。锦棠使人呼曰：缚异装者有赏。于是大小头目自爱伊德尔呼里以下，肝色提六人、玉子巴什（译言哨官）六人及管理执事什长之类，悉致麾下，无一脱者。遂克达坂城，进驻白杨河。闻嵩武军（张曜所部）已至吐鲁番，遣罗长佑往会战，彦虎遁去，人得诣嵩武军降，遂收复吐鲁番满、汉两城。锦棠急驰百里抵托克逊，海古拉亦先遁，𦆑回二万馀皆降，锦棠遂入城，于是托克逊三城皆下。夏四月，阿古柏自杀。自吐鲁番告克南八城，门户洞开。阿古柏在库尔勒，日夜忧泣，不知所为。白彦虎益掠人畜，焚村堡，胁𦆑回同奔，𦆑回皆怨阿古柏。又遇𦆑回虐，达坂释归之众数千，强半为阿古柏所戮，馀悉禁锢之，怨毒中人深，人人思报复之。阿古柏知人心已去，遂饮药死。海古拉淹其尸水中，三日始出，裹香牛皮，舁之西行。将达库车，伯克胡里使使截之，半途杀海古拉，安集延所呼小帕夏也。阿古柏据托克逊后，群下尊为毕调勒特汗。有子四人：长哎哥，即伯克胡里，充库车伯克，非所爱；次哎都噜股鲁，即海古拉，有宠于阿古柏，欲立之；次引上胡里，充阿克苏伯克；次迈底胡里，充吐鲁番伯克。海古拉既死，伯克胡里保南境而王其下，称新帕。夏，库尔勒诸回推彦虎为守。彦虎驻开都河西岸，觊入俄罗斯。秋九月，刘锦棠复新疆南路东四城。是年七月，锦棠先遣提督汤仁和等自托克逊进兵，总兵董福祥、张俊等自阿哈布拉沿途置哨垒，张春发继之，自由闲道趋进，期会师曲惠。八月，诸军集曲惠，提督余虎恩出库尔勒之背。锦棠趋开都河，彦虎壅河水溢百馀里以遏之。锦棠率马步绕淖行碱地，纡折达开都河东。彦虎先期走库车，遂于是月朔收复喀喇沙尔城，虎恩收复库尔勒城。锦棠蹑敌至库车，彦虎遁，遂复库车。九月，至拜城，回目买卖提托呼达等出降。锦棠留总兵方友升镇抚，而自履冰夜行趋铜厂，与敌遌。敌列阵河岸拒战，锦棠亲鼓之，敌骑皆靡，积尸塞河，水为之不流。复促所部乱流而渡，至上铜厂，敌分两路迎拒，锦棠亦张两翼击之。副将夏辛酉，总兵张宗本，提督谭愼典以马队冲其右，提督席大成、戴宏胜、贺长发以步队继之，提督黄万鹏，总兵崔伟、毕大才，副将禹益长、禹中海、李金良，游击马殿林以马队冲其左，总兵张俊、胡登花以步队继之，而自率马队亲兵居中调度。及战，马步并力夹击，敌两路皆溃，擒斩无算。遂引军西渡戈壁，驰薄阿克苏，守城回目率回民十馀万迎降，遂复阿克苏。既，侦知安集延各酋走叶尔羌，彦虎走乌什，诸军趋乌什，攻克之，遂复乌什。彦虎遁黑利黑斯（厄鲁特种），追至阿他伯什，阻戈壁而返。是役，一月中军行三千馀里，下南疆东四城，兵威大震，远人慑服。冬十一月，三品京卿刘锦棠克复南路西四城。南路东四城既复，阿古柏长子新帕夏伯克胡里据喀什噶尔，犹保西三城。而和阗伯克呢牙斯图反正，乘𨻶围叶尔羌，伯克胡里引兵击败之，遂据和阗。而喀什噶尔满、汉兵弁守城者，使使迓锦棠军。安酋阿里达什保回城以攻汉城，约白彦虎来助，伯克胡里乃弃和阗走英吉沙尔，并入回城。是月，锦棠分三路进军，余虎恩督黄万鹏及总兵桂锡桢等军逼喀城，伯克胡里、阿里达什及彦虎分路遁入俄罗斯，遂克喀城，斩其元帅王元林、副元帅白彦龙，生擒陕回于小虎及其元帅马元。旋锦棠收复叶兰羌、英吉沙尔，董福祥亦复和阗，于是南疆西四城皆下。俘故帕夏阿古柏妻妾及其子，引上胡里、迈底胡里并两少子、二女、三孙，诛之于小虎、马元，及迎阿古柏入喀之金相印父子磔于巿，诛悍党千百六十人，新疆悉平。是役，不及一月，连复四城，廓淸二千数百里。捷闻，晋宗棠二等侯，锦棠二等男，其馀诸将给奖有差。
四年冬十月，通政使刘锦棠大破安集延布鲁特于玉都巴什。安酋阿里达什自俄境纠布酋阿布都勒哈玛出奈曼，谋袭喀什噶尔。锦棠亲击于玉都巴什，大破之。奈曼回目库弥什设伏杀阿里达什以献，阿布都勒哈玛走投俄属那来地方。
五年春正月，刘锦棠大破布鲁特、安集延于乌帕尔。阿布都勒哈玛入俄后，复紏居留俄境之安酋爱克木汗条勒及阿希木汗条勒哎买提和卓（二人兄弟为张格尔弟玉素普之孙），于上年十二月再谋内犯，尽胁希布察克各回部，称为阿古柏复仇。是月，已至乌帕尔近边。锦棠闻警，定四面兜剿之策，遣方友升进乌帕尔，谭愼典进玉都巴什，张俊、胡登花、石蕴玉进乌鲁阿提，董福祥、张宗本督同总兵田九福、夏辛酉进无胡素鲁克，而自率罗长佑等向博斯塘特勒克遄进，径捣敌巢。比至，敌大队已趋乌帕尔袭营。提督段柏溪、张复良、李云照，参将刘必胜，外委何俊分三路抄击，大破之，敌军折回博斯塘特勒克。锦棠督军迎击谷口，汤彦和、张春发等设伏谷中。及战，长佑将中，友升将左，杨金龙将右，分三路冲入敌阵。敌败不支，分为二股：一冲谷口，冀归巢，伏起，大股尽殱；一由谷外西走。长佑等追至卡拉阿尔提，爱克木汗条勒、阿布都勒哈玛已出黑子里达坂，还阿来俄境矣。其在乌鲁陌提等处者，为诸军擒斩净尽。综计是役，阵斩阿希木汗条勒哎买提和卓、回酋买卖提及斯拉木三人，又安兵七百有奇，布兵千四百有奇，擒斩胖色提十有七，玉子巴什六十有奇，生俘及夺获犹无数。捷奏入京，颁赐锦棠上方诸珍物，馀优奖有差。夏五月，命侍郎崇厚出使俄罗斯，与议收还伊犁事。初，俄人乘中国有事，先后诱胁哈萨克、布鲁特种人归附，又攻夺浩罕三部，而浩罕属安集延亦随风而靡。至同治十年五月，俄人借口于伊犁回变，时俄商被害者众，使其将军科哈夫士克以兵据伊犁。及光绪三年，中国收复吐鲁番，拟进兵南路。时侍郎郭嵩焘出使英吉利，英人恐安集延为俄人所并，或为中国所灭，皆将不利于英。其驻华使臣威妥玛因为安集延缓颊，以扶持保护立国为辞。事下左宗棠，宗棠上疏为揭破其隐，谓：安集延非无立足之所，何待英人别为立国？即欲别为立国，则割英地与之，或即割印度与之可也，何乃索我腴地以示恩？且言：英人阴图为印度增一屏障，公然强我于回疆撤一屏障，此何可许？我愈示弱，彼愈逞强，势将伊于胡底？臣奉职边方，惟有勉及驽钝，不顾目前成败利钝图之。现在南路之师，拟于八月中旬、九月初旬分起进发。前闻英人遣使安集延，臣已驰告刘锦棠、张曜善为接待。如论及回事，则以我奉命讨侵占疆土之贼，以复我旧土地，他非所闻。如欲议论别事，请向肃州大营，彼如来营，臣自有以折之。诏如所奏行。迨东四城告克，时议以伊犁久为俄据，恐难遽复，诏宗棠统筹全局。宗棠覆奏，略称：重新疆所以保蒙古，保蒙古所以卫京师。若新疆不固，则蒙古不安，匪特陕、甘、山西各边时虞侵轶，防不胜防，即直北关山，亦将无妄眭之日。况俄人拓境日广，由西而东万馀里，与我北境相连，仅中段有蒙古为之遮阂。徙薪宜远，曲突宜先，尤不可不预为网缪。又言：英人为安集延说者，虑俄之蚕食其地，于英有所不利。俄方争土耳其，与英相持。我收复旧疆，兵以义动，设有意外争辩，在我仗义执言，亦决无所挠屈。疏末，复力言地不可弃，兵不可停，非速复腴疆，无从着手。遂进规西四城，并克之。宗棠欲更收伊犁，而俄人以代收代守之名为种种要索。至是，朝命崇厚赴俄与议条约。冬十二月，撤崇厚归国，革职逮京，下之狱。先是，崇厚奉使至俄，与俄人布策，订立新约十八条：一，俄愿将伊犁交还中国；二，中国收还伊犁后，愿明降谕旨，赦宥伊犁民人前罪；三，凡伊犁民人迁入俄界者，俄国待之如己民；四，俄国民人旧日在伊犁所得之家产，仍归其有；五，伊犁作何归还，应由中国谕左宗棠等，俄国谕考甫曼等互商；六，俄既归还伊犁，中国愿给俄国银五百万卢布，从立约后一年内陆续淸付；七，伊犁既还中国，当以可西河之西及丽山之南之地，以至于底克斯河，尽让与俄；八，相议将大城交界稍为更改；九，交界既由二国官员勘定后，应立界竿，以昭信守；十，除喀什噶尔及库伦两地，已照先立和约，俄国立有领事外，今议定在嘉峪关、科布多、哈密、吐鲁番、乌鲁木齐、库车各地，各再设立领事；十一，领事与中国地方官有互商事件，其文移悉用平行，华官待领事以客礼；十二，凡蒙古天山南路、天山北路等，俄啇货物往来，俱不必付税；十三，凡所议设有领事官之地方，并立一通商局，并在张家口一律设立；十四，凡俄商贩运货物至张家口、嘉峪关、天津、汉口等处者，可遇同州府、西安府、汉中府各路，其将中国货物运入俄国，亦由此路行走；十五，此约自从两国御允后，五年内不必更改；十六，俄商已愿另立低茶之税，此事当由中国总理衙门核定；十七，按照先立之约，凡有民人牛只奔逸过界，总由地方官出力寻还，若实在无踪，亦不必由地方官赔偿；十八，此约既立，经俄皇签名后，一年内由中国皇上盖用御宝，送至俄京。至是咨送回国，朝野骇然。修撰王仁堪、庶吉士盛昱、洗马张之洞，交章论劾。佥谓此举偿俄人兵费银二百八十万两，割伊犁西界数百里与俄，又割南界数百里，跨天山以隔南八城，并开口岸多处，其他损失权利者尤多。在俄人索之，可谓至贪至横，而崇厚许之，可谓至谬至愚。于是撤崇厚回国，褫职逮治，而令廷臣疆吏会议万全之策。崇厚旋定为斩监候。
六年春正月，命一等毅勇侯太仆寺少卿曾纪泽出使俄罗斯，商改收回伊犁条约。崇厚与俄所议条约，既经中外大小臣工会议，诸多窒碍难行。诏纪泽自英赴俄，将收还伊犁条约再行商改。秋七月，召左宗棠来京，以刘锦棠督办新疆军务，张曜帮办军务，杨昌浚护理陕甘总督。先是，以崇厚与俄所议伊犁条约中多所不便，诏下宗棠议。宗棠疏陈：当先之以议论，委婉而用机；次决之以战降，坚忍而求胜。拜折后，宗棠即分兵进取伊犁。奏以精河一带为东路，伊犁将军金顺主之；自阿克苏沿特克斯河为中路，广东提督张曜主之；自乌什经布鲁特为西路，帮办军务刘锦棠主之。复分遣谭上连军屯喀什噶尔，谭拔萃军屯阿克苏，陶鼎金、王福田等军屯哈宻，为后路声援。四月，宗棠发肃州，舁榇以行。五月，抵哈密。俄人亦增兵守伊犁纳林河，别以兵舰翔海上，冀震撼京师。于是，天津、奉天、山东皆警。乃召宗棠入京，备顾问。以锦棠代督军，张曜副之，昌浚权总督。命曾国荃督办山海关防务。时闻俄人将于八九月闲调拨兵船来华，封闭辽海，以为挟制之信，故有是命。并命鲍超幕勇驻扎天津、山海关两处适中之地。命释崇厚于狱。因曾纪泽奏：近闻外闲议论，以中国将崇厚问罪，有关俄人颜面，恐因误会而起嫌疑，未免有妨睦谊云云，谕令即行开释。
七年春正月，曾纪泽与俄人定约于圣彼得堡。纪泽抵俄，与其外部大臣格尔斯及前驻华公使布箂啇订条约二十款，专条一，又陆路通商章程十七款，卡伦单一成。计改前约者七端：一，归还伊犁南境；二，喀什噶尔界务，不据崇厚所定之界；三，塔尔巴哈台界务，照崇厚、明谊（同治三年事）所定两界之闲，酌中勘定；四，嘉峪关通商，仿照天津办理，西安、汉中两路及汉口字样均删去；五，松花江行船至伯都讷专条废去；六，添设领事，仅于吐鲁番添设一员，馀俟啇务兴旺时，再议添设；七，天山南北路贸易纳税事，改均不纳税为暂不纳税。此外添偿卢布四百万圆。奏入，奉旨允准，收还伊犁事遂结。时中外交称纪泽之能，而纪泽深自谦抑，奏称：此次俄人轻弃已得之权利，全由俄、土战后财殚力竭，其君臣雅不欲再启衅端，故得从容商改，和平了结。若议者以为俄强大之国，尚不难遣一介之使，取已成之约而更改之，执此以例其馀，则中外交涉更无难了之事。斯言一出，将来必有承其弊者。