北疆之变乱，肇于奇台，而扩大于乌鲁木齐。同治三年(1864)，乌鲁木齐都统平瑞，以勘乱南疆为理由，公布加征民粮。州役马全等，皆回民也，借势苛索，汉民恨之，团结与抗。马全等煽动回民，谓汉民将殄灭回众，诸回始欲动。奇台县故有一种陋规，凡知县到任，派照粮，去任，派帮粮。知县恒初视事，即欲预收帮粮，众大哗。县役马福等，亦皆回民也，加意压迫，汉民不能平，劫木垒河营库军械，与回民战，回民败。而恒翼回民，回民势滋横，大肆焚掠，并北屠古城，又潜入乌鲁木齐，肆勾引。先是，有陕回妥明，即妥得璘者，以卜筮星相之术，往来甘肃之宁夏、灵州、河州、西宁间。同治元年(1862)，陕西华州、渭源“回乱”作，到处煽诱。妥明潜挟三妇人，西出嘉峪关，至乌鲁木齐，客参将索焕章处。焕章久蓄异志，与妥明同恶相济，则奉以为师，介其术于群回，信从日众，提督业布冲额亦为所蛊惑，二人乃密谋为乱，业布冲额不为备。至是，奇台与乌鲁木齐回集南关礼拜寺，明炬议事，戈矛森然。或以密告业布冲额，则命焕章侦之，焕章报无其事，且斩告者以徇。越旬余，妥、索两人遂嗾南关回叛，先后陷汉满两城。焕章推妥明为清真王，自为大元帅。妥明以马升功伟，命为总元帅，并以马仲、马泰、马官等为元帅，并封马四为肃州元帅，马朵三为西宁元帅，马彦龙为河州元帅，马化隆为宁夏元帅，通关内为一气。妥明别建王城自居之。于是东则阜康、济木萨、古城、奇台，西则昌吉、呼图壁、玛纳斯，皆为妥明所有。明年，妥明又勾结伊犁回，先后陷其九城。又明年，西北最后一个据点塔尔巴哈台亦为回所陷，于是北疆诸城尽失，惟巴里坤巍然独存。注405
索焕章之父索文，尝为甘肃提督，故焕章之叛，不直于其母。母尝谓焕章：“尔父官一品，尔官三品，何忍为此灭门之举。”数促焕章反正，事为妥明所觉，贬焕章为散头目，徙之吐鲁番，焕章旋病死。妥明又恶马升专权，嗾人杀之，妥明之势，由是骤衰。注406
同治八年(1869)，安集延帕夏阿古柏尽有南疆，妥明畏其逼，遂于次年遣马仲、马泰攻阿古柏。两马之师俱败，马仲降，马泰被执，阿古柏直捣乌鲁木齐，妥明不敌，亦请降。阿古柏削其王号，毁其王印，即命马仲为乌鲁木齐阿奇木伯克。马仲死，其子马人得继。妥明憾马仲叛己，与马人得不和，马人得重引阿古柏兵攻妥明王城，妥明复大败，遁死玛纳斯南城。阿古柏更掠妥明遗资，搜括回汉人民金帛，转输南路，实其窟穴，而驱壮丁踞守乌鲁木齐各城，以为屏蔽。一面下令境内人民，剃发易服，光顶圆领，如安集延俗。并开征赋税，北疆竟继南疆而为安集延人之天下，其势浸及伊犁。又次年，适有帝俄盗马贼逃匿伊犁，俄官索之不得，伊犁回人且以兵攻俄官，帝俄遂借口新疆“回乱”威胁俄境安全，以武力取伊犁，而以代为收复告清廷，其实亦阻阿古柏之侵袭伊犁也。注407
西宁既平，陕回均就抚，惟白彦虎一股数千人，窜由嘉峪关入新疆。白彦虎削发易服，附于阿古柏。盖自知力不敌，借为声援以自固。凡阿古柏所欲，白彦虎不敢违也。阿古柏命守乌鲁木齐汉城，白彦虎遂出没附近各地，颇肆滋扰，此在官军为一种威胁，而在阿古柏为平添若干势力。注408
北疆之变乱，清廷将吏既无力敉平，各地汉民争起团练以自卫。则有乌鲁木齐之徐学功，济木萨之孔才，昌吉之沈廷秀，玛纳斯之赵兴伟，奇台之邓生玉等，而以学功为著。学功尝合阿古柏，击败妥明，旋又转攻阿古柏，生擒马仲。阿古柏与学功合作，原思事成以乌鲁木齐归学功，而借学功力，通款清廷，以南八城献，请封阿古柏为哈密王。旋知学功勇而无谋，在清廷又无力量，靳乌鲁木齐不与。学功衔之，遂又仇阿古柏，然以势绌，终无所成就。帝俄既据伊犁，以驼马数千，载洋货及俄钞二万余，约诸回赴玛纳斯贸易，为袭取玛纳斯与乌鲁木齐计。行抵距玛纳斯八十里之石河，学功出马队逆击之，杀毙数十人，尽得其驼马货物。自是俄人不敢东窥。自余奇台、古城、济木萨等城，亦陆续为民团所光复，最后荣全乃得收取塔尔巴哈台。注409
在北疆之变乱中，惟巴里坤以游击何琯之力，得始终保全弗失。当各地回民起事时，巴里坤少数回民亦跃跃欲动，何琯分兵四营，扼扎城外，断其勾结，逮其魁马天保与部众千余人，悉杀之。于是益严城防，练民勇，屼然为东边重镇，妥明三度来犯，均被击退。巴里坤南隔天山为哈密，妥明两度攻陷，亦两度为何琯所收复。而哈密回王之不参加变乱，且矢诚效忠，亦有功焉。注410
北疆城邑，由巴里坤而西，为奇台、古城、济木萨、阜康、古牧地、乌鲁木齐、昌吉、呼图壁、玛纳斯、库尔克喇乌苏、精河、伊犁，由乌苏而北，为塔尔巴哈台。当左宗棠承命督办新疆军务时，伊犁在帝俄手，乌鲁木齐、昌吉、呼图壁、玛纳斯在阿古柏手，清廷仅保持巴里坤至奇台、古城子、济木萨之一线，又乌苏至精河，至塔尔巴哈台之二线。由中国本部用兵新疆，本有两路，一为取道蒙古，由北而南；一为取道嘉峪关，由东而西。后者以哈密为枢纽，由哈密而西，尤以巴里坤为枢纽。今南疆全陷，北疆亦大部沦丧，而犹得留此两城为光复故物之基地，不可谓非厚幸也。注411
光绪二年(1876)正月，宗棠遣刘锦棠率老湘军由凉州向肃州出发，并总理宗棠行营营务处。老湘军，宗棠以为规复新疆之主力者也。二月，刘典至兰州省城，以三品京堂帮办陕甘军务。刘典，宗棠所以留镇后方者也。于是宗棠复指陈新疆当前大势，披沥其见解：
乌鲁木齐踞逆，本地土回居多，逆首白彦虎所带陕回及甘肃从逆之回，踞红庙子、古牧地、玛纳斯等处，而皆与南路踞逆回酋安集延帕夏阿古柏通。……帕夏能以诈力制其众，又从印度多购西洋枪炮，势益猖獗。陕甘窜踞之逆及本地土回，均倚之为重。……俄人颇言其狡悍，异于诸贼。……官军出塞，自宜先剿北路乌鲁木齐各处之贼，而后加兵南路。当北路进兵时，安集延或悉其丑类，与陕甘窜逆及土回合势，死抗官军，当有数大恶仗。如天之福，事机顺利，白逆歼除，安集延之悍贼亦多就戮，由此而下兵南路，其势较易，是致力于北，而收功于南也。若北路军威未至，而贼先图自固，不敢互相援应，但作守局，以老我师，则旷日持久，亦在意中。外间议论，颇谓军临前敌，陕甘窜回，必有倒戈之事，臣不敢信其诚。然白逆必遁入南路，安集延未经重创，其狡焉思逞之志不忘，如其并力稳抗，自可奖率师徒，为一了百了之计。倘诡词乞抚，仍思踞我腴疆，或兵至则逃，妄拟乘间窃逞，为死灰复燃之计，则新疆隐患方殷，岂可不预为之所。议者但以陕甘窜回及新疆各城为虑，不复知有安集延窜踞南路之事。或以为易，或以为难，或以为事可缓图，或以为功可速就，或主撤兵节饷之议，或并为难得易失之谈，辩说纷纭，横议歧出。……臣本一介书生，辱蒙两朝殊恩，高位显爵，出自逾格鸿慈，久为生平梦想所不到，岂思立功边城，觊望恩施。况臣年已六十有五，正苦日暮途长，乃不自忖量，妄引边荒艰巨为己任，虽至愚极陋，亦不出此。而事顾有万不容已者。乌鲁木齐各城不克，无总要之处，可以安兵；乌鲁木齐纵克，重兵巨饷，费将安出？康熙、雍正两朝，为之旰食者，准部也。乾隆中，准部既克，续平回部，始于各城分设军府，然后九边靖谧者，百数十年，是则拓边境腴疆，以养兵之成效也。今虽时易世殊，不必尽遵旧制，而伊犁为俄人所踞、喀什噶尔各城为安集延所踞，事平后，应如何布置，尚费绸缪。若此时即便置之不问，似后患环生，不免日蹙百里之虑。区区愚忱，窃有不敢不尽者。……
盖其忠义磅礴之情，洋溢乎胸次，故慷慨激昂之气，不觉灌注乎笔端也。三月，宗棠携带关防，亲莅肃州督师，其祭旗文有曰：“朝烹雄狐，夕醃封狼。”益预必可以速蒇厥功也。又曰：“划为郡县，垦土字甿。”盖事定建省，又胸有成竹也。大营扎于城西南，面对祁连山。宗棠每遇用兵在外，向不自居公廨，仅止幕中，亦与士卒同甘苦。由是直至光绪六年(1880)闰二月出关，在此度其营帐生活者，凡历四年之久。注412
老湘军抵肃州后，即陆续出关，谭上连为前锋，直赴古城子，谭拔萃继之，次哈密，与张曜军合。时金顺军已收复玛纳斯北城，屯济木萨，与古城子相距九十里。旋宗棠复遣徐占彪之蜀军，出屯巴里坤。于是官军在新疆者，除原有杂军不计外，凡为锦棠军马步二十五营，金顺军马步四十营，张曜军马步十四营，占彪军五营。注413
宗棠之策，先攻取乌鲁木齐，扼住全疆关键，然后进规其他城邑，故不惜倾全力图之。惟当时情势，回目马明拒守古牧地，迆西而南数十里，乃至乌鲁木齐，是欲取乌鲁木齐，必先收古牧地，撤乌鲁木齐之藩篱。而自济木萨至古牧地，相距尚三百余里，不能遽扼乌鲁木齐之吭。惟济木萨西二百四十里，为阜康城，再西七十里，为黑沟驿，又数十里，至古牧地，而阜康当其冲。阜康在彼时，敌我均未设防，于是决定先行占领此城。一面以哈密至巴里坤，至古城之军，防敌由吐鲁番轶出；一面自安西至敦煌、惠回堡、青头山等处，各驻一军，防敌由南路抄掠;又一面就阜康以西沙山与马桥一带，驻一军，并请塔尔巴哈台、科布多、乌里雅苏台各领兵大臣，防守漠北，俾于官军进攻阜康、古牧地、乌鲁木齐等地时，遏敌向西北窜越。布置既定，锦棠于六月初自古城出发，会金顺于济木萨。洞悉马人得纠白彦虎、阿古柏遣其部众，均力拒古牧地，其防务已更加强。旋后比肩西进，抵紫泥泉，积潦纵横，飞桥以渡，入阜康城。失陷十余年，榛莽丛杂，除道以通炮车。在此锦棠又察看前往古牧地路径，则知二十里过西树儿头子，其间深林蔽目，野潦滞足；五十里过黑沟驿，为一片戈壁，仅有一二井泉，可资汲饮。又从土人探知黑树沟上为黄田，水盈沟浍，上流即古牧地。然敌已在黄田筑卡树栅，严密守护，意固在断绝官军汲道，迫使取径戈壁，以疲其力。于是锦棠故令兵士沿途掘井觅水，佯示敌以将走戈壁，以懈其黄田之防，而与金顺潜师夜起，叠破黄田坚寨，径拔古牧地坚城。在城中，获火药、硝磺数千斤，足征敌军实尚雄厚。又拾得马人得复城中守军求援书，略谓：“乌鲁木齐精壮，已悉数遣来，现在三城防守乏人，南疆之兵，不能速至，尔等可守则守，不可守则撤回乌鲁木齐，并力固守，亦可。”锦棠因料乌鲁木齐空虚，乘胜疾进，并收三城。三城者，乌鲁木齐满城、迪化州汉城，及妥明所筑王城也。迪化城北有一山，居高临下，至为险要，锦棠争先占领，架大炮，以轰击城中，城敌力不能支，则皆宵遁，此地乃名“一炮成功”云。同时，昌吉、呼图壁诸敌闻讯，皆弃城走，惟玛纳斯南城未下。阿古柏所遣援师五千余骑，行至达坂城，距乌鲁木齐尚有二百里。知三城均已弃守，未免心惊胆落，不敢更进。此为宗棠进规新疆之第一声，竟不逾旬日而奏绩。注414
宗棠之策，又为先歼灭白彦虎，以除阿古柏羽翼。乃白彦虎于官军进古牧地时，即已偕马人得南窜。锦棠命诸将分追三十里，至盐池，阻戈壁而返。已而白彦虎窜踞南山小东沟，遣党四出刈禾，备干粮，图绕官军后。锦棠亲趋小东沟，白彦虎先一日走金口峡。次日，锦棠急行九十里，及之金口峡。老弱妇女数万，踉跄惊走，白彦虎卒遁托克逊，依安集延人以居。阿古柏见白彦虎势日蹙，待之甚倨，勒其众一律剃发易服。注415
玛纳斯南城回首韩刑脓，恃其城小而坚，拥众拒守。金顺、锡纶、荣全攻之，掘地道，轰城垣，旋陷旋被堵御，双方伤亡甚众。锦棠遣罗长佑等十一营赴援，会官军炮击毙韩刑脓，寇一拥出城降。官军知其诈，又并起奋击歼之，卒告克复，掘妥明尸而戮之。注416
于是天山北路悉定，惟伊犁仍为帝俄所据，有待交涉收回。