由三甲集西至太子寺，回民军于各山头遍设卡垒。这里“山峦层叠，路径狭险”（《左文襄公全集》卷四〇，《奏稿》。），阻挡了清军西进太子寺和北进大东乡的道路。回民军集中主力于新路坡，随时可以增援三甲集一带。清军王德榜部设伏莲花山，阻击新路坡援军，傅先宗等攻黑山头。回民军与清军激战一日，由于援军受阻，黑山头一带卡垒均被攻破。
11月21日，清军五路合攻三甲集。马占鳌亲临前线，令回民军“登墙防守，枪炮如雨，继以木石”（《平定关陇纪略》卷十，《回民起义》(四)，第122页。），给清军沉重打击。双方从早晨至下午激战，死伤千余，大部分阵地被清军占领。回民军被迫突围北撤，三甲集失守。
三甲集失守后，河州门户洞开。清军连战皆捷，气焰十分嚣张。各路将领争相进军，连日扫荡而前，新路坡前回民军各堡垒多被攻破。太子寺以东仅余董家山为回民军据守。在此危急时刻，马占鳌亲赴河州摩尼沟及循化、米拉沟等地，发动回族和撒拉族增援太子寺。同时，回民军环绕太子寺掘长濠，濠深二丈余，宽四丈；又在太子寺南北山峰修筑卡垒，加强防守。
1872年1月16日，清军发动攻打太子寺战役。清军40余营，以优势兵力和火器，夺取回民军卡垒，并效仿回民军，亦于山头设垒。2月初，马占鳌派七阿訇率军一支突入党川铺，切断清军狄道粮道。断粮之后，清军纷纷宰马为食，而兵士多南人，不服北方寒冷气候，士气低落。
马占鳌决心出奇制胜，于2月12日派马海晏率敢死队员五百，各携带木椽、水壶和土坯，深夜摸入新路坡清军阵地。他们以土坯支立木椽，围土浇水，隆冬严寒，滴水成冰。回民军一夜之间在清军阵地中心筑成冰垒三座。次日晨，清军见状大惊。傅先宗令王得胜、彭国忠等进攻三垒，失败而退。14日，傅先宗分兵三路再攻三垒，并亲自率部攻回民军前方。马海晏令枪手穴卧阵内，一半射击，一半装弹，交换射击，命刀手伏阵前准备出击。回民军居高临下，杀伤敌人甚众。傅先宗大怒，亲掌大旗冲锋。马海宴待清军逼近，令枪手猛射，将傅先宗毙于阵前。清军见主帅丧命，军心大乱。回民军刀手冲入敌阵，烂泥沟伏军从后蜂拥而至，清军大败而逃。此后，回民军连续反攻，逼清军退至三甲集。20日夜，回民军攻党川铺，清军弃垒而逃者甚多。徐文秀怒极，率部“鏖战时许，身受三矛，力竭阵亡”（《平定关陇纪略》卷十一，《回民起义》(四)，第123页。）此役伤毙清军千余，清军会攻太子寺失败。
太子寺大胜后，回民军士气高涨，有人建议乘胜攻安定左宗棠大营。而马占鳌却召集各回民军首领开会，提出投降清军。他说：“陕西的白彦虎失败了，宁夏的马化龙也失败了，陕西已告肃清，甘肃也大半平定，我们只剩河州同西宁两个地方，还要同清朝作对是不行的。……我认为这时乘胜投降，过去的罪恶由我一人担当，清廷一定少办善后，这对大家都有好处。”（《马占鳌的反清与降清》，全国政协《文史资料选辑》第27辑。）回民军内部虽然战降意见并不一致，但都感到一时的胜利不足以改变敌我力量悬殊的基本形势。因此，在马千龄等人的劝说下，大多数人赞成急流勇退，乘胜投降。
于是，马占鳌命令部队停止进攻。他对部下说：“以后种地的还种地，做买卖的还做买卖”（单化普：《陕甘劫余录》，《回民起义》(四)，第309~310页。），并表示自己要亲去安定大营向左宗棠投降。由于部众不同意，最后派回民军主要首领的儿子去求降，其中有马占鳌的长子马七五、马永瑞的长子马如蛟、马万有的长子马福才等共十人，当时被称作“十大少爷”。
左宗棠知悉河州回民军投降的消息，颇感惊喜。进军河州之前，马占鳌等人已有降意，但左宗棠认为“河回嗜利轻生，性喜剽掠。无事时即常骑马远出抄掠，变乱十年未受惩创，更无畏忌。此等嗜乱之民，非创钜痛深，固难望其永久帖服也”（《左文襄公全集》卷三九，《奏稿》。），主张先剿后抚。此时形势已变，清军新败，回民军有攻狄道、安定之势，人心恐惶。金积堡之战费时甚久，虽竭尽智虑，而清廷以为师老，屡有责备。河州一时难下，新疆阿古柏变乱，沙俄虎视，亟需率师出关。因而，左宗棠决定接受河州回民军投降。他接待了“十大少爷”，亲自给马占鳌之子马七五取名“安良”，赠“翰如”表字，并表示不会亏待马占鳌等人（《马占鳌的反清与降清》，全国政协《文史资料选辑》第27辑。）
河州回民军按左宗棠的要求交出枪马。一月之内，向清军呈缴马匹四千余匹，枪矛一万四千余件（《左文襄公全集》卷四一，《奏稿》。）。马占鳌、马悟真、马永瑞、马万有、马荣及其子弟12人又赴兰州晋见左宗棠，向左氏献梅花鹿一对，鹿角悬横幅，书“天下太平”四字。左宗棠曾试马占鳌才具，与其谈论军事攻守策略，颇为赏识。左宗棠认为客军入甘，不过应事之举，非久远之计，甘肃之长治久安必须从回族培养人物，他在“所至之处，亦尝极力访求，而迄鲜得”（见《左文襄公书信奏稿集》。）现在他认为马占鳌可任其选，说：“马占鳌固回中之杰，乃其子者亦非凡品。将来弹压河州，其在马氏父子乎？”（《甘宁青史略》卷二三。）他让马占鳌推举人员，作为恢复在河州统治的依靠力量。马占鳌所引用的无非河州回民军首领。这样，河州回民军首领大部分转入清军系统，成为以后西北回族军阀势力的缔造者。这是河州回民军失败的独特形式。
左宗棠令马占鳌组织三旗马队。马占鳌为督带兼中旗管带，马悟真为左旗管带，马永瑞为右旗管带，马海晏成为督标中营步队管带。马万有不接受官职。马占鳌等对官府恢复河州统治起了很大作用。1872年6月，署理河州知州潘效苏、河州镇总兵沈玉遂等赴任。“马占鳌、马尕大、马永瑞及各回目阿訇等咸跪道旁，膜拜感泣，并纳粮百万斤备军食。”（《左文襄公全集》卷四一，《奏稿》。）马占鳌等为官府编审户口、筹措粮饷竭力奔走。左宗棠说：“迻军河州之始，人地生疏，粮草柴薪自不能不责成马占鳌承办”，数月之后，才“不必件件问马占鳌”（罗正钧：《左文襄公年谱》卷六。）。河州虽然降局已定，但不甘就此罢休者大有人在，陕西、宁夏败逃藏匿河州者亦复不少。左宗棠密令马占鳌等搜捕继续反抗的回民。马占鳌先后将回民军首领狗齿牙子、马聋子、马彦龙等捕获解押清军。清军攻西宁时，河州回民有再起的迹象，清廷十分忧虑，指出：“倘该降众再有反复，则是前功尽弃，大局殊属可虞。”（《左文襄公全集》卷四二，《奏稿》。），但马占鳌、马悟真、马永瑞本为阿訇和教主，在河州耳目众多。他们与零星反抗者连战数日，“辑获三十余名”，又“督团密拿，地方一律安堵如故”（《左文襄公全集》卷四二，《奏稿》。），有力地支持了清军。因此，左宗棠特上折具奏：“河州回目马占鳌、马永瑞自就抚后，叠经委办各务，均极妥慎，……臣察其悔罪输诚切实可靠。”（《左文襄公全集》卷四三。）降清后一年多，马占鳌升任清军都司。
河州因回民军投降，故其“善后”与宁夏有所不同。左宗棠说：“办抚之道以编审户口为要，编审户口以迁徙客回、安辑土回为要。”（《左文襄公全集》卷四一。）编审户口就是重新把回汉百姓纳入国家版籍，使其成为清政府统治的对象。为了消除隐患，官府将这里的回民分别迁移。其安插的原则是：“近城驿非所宜，近汉庄非所宜，并聚一处非所宜”，这样做的目的在于“涣其群，孤其势”（《左文襄公全集》卷四一。）回民主要被安插在战后荒绝无主之地且自成片段的地方。其中，陕西回民杨文彦、张代雨部五百余口迁于平凉一带；陕西回民拜崇花部五百余口置于会宁一带；马德彦部六百余口迁于静宁、隆德一带；甘肃流散回民迁于安定境内。这个过程中，回族下层经受颠沛之苦，而那些降清的上层势力，经济、政治未受丝毫损失，并乘机巩固了自己的地位，奠定了他们长期统治河州回族的基础。
清军攻河州之际，陕西回民军大部分移居西宁南川。马桂源等穿梭于西宁河州之间，不断为西宁各回民军请求投降。陕西回民军颇不自安，不少西奔肃州。左宗棠遣徐占彪率马步十二营攻肃州，实际只是监视和分割肃州回民军。他又利用西宁马桂源的求降活动，得以集中兵力攻河州。左宗棠认为：“西宁名存实亡，殊可伤也”（《左文襄公全集》卷四〇，《奏稿》。），决心武装进攻西宁，重新建立清朝统治。
1872年7月，河州大局已定，刘锦棠新募湘军亦到甘肃。左宗棠令刘锦棠率部西进，抢割庄稼，然后进攻西宁。
陕西回民军以大小南川为据点，控制着通往西宁的要道大小峡口。他们在峡口南北两山上多筑石垒。刘锦棠军至平戎驿，为回民军所阻。回民军居高临下，在山顶施放枪炮，伤毙众多清军。清军经数日攻战，夺取了山头。但峡口至碾伯八十余里，山势险峻，“土回与客回连成一片，每战则弥山塞谷”（《左文襄公全集》卷四二，《奏稿》。），四出攻击清军，使刘锦棠部18营军队“应接不暇”。左宗棠又派刘明灯部6营前往增援。
马桂源等见清军进逼，于9月12日密约禹得彦、白彦虎、崔伟等共商抗清之计，以其兄马本源为统领陕湟兵马大元帅。然而，会后马桂源率西宁城中回民军往撒拉循化，并未与陕西回民军真正联合作战。
9月，清军至小峡口。回民军循山而下，与清军战，后因山头垒卡被炮轰，回民军后撤与清军隔湟水对峙。清军在湟水上修桥，桥旁筑炮台。清军渡湟水，连克高家寨、观音堂等处，直至西宁城下。这阶段，陕西回民军崔伟、毕大才、禹得彦诸部均已降清，唯白彦虎部西逃。刘锦棠将回民军精壮编为旌善马队，随清军作战。
陕西回民军败后，马桂源兄弟逃往巴燕戎格。大通县都司马寿、向阳堡马进禄、韩起寿等坚不投降。1873年2月，崔伟、毕大才等为前锋，刘锦棠军继后，包围向阳堡。回民内部投降分子将马寿、马进禄、韩起寿等捆绑交给清军，献向阳堡。刘锦棠命董福祥部守向阳堡，自率军攻大通县城。城上回民军“炮石纷下”。刘锦棠令西宁降回马福寿绕城呼叫：“献城迎降者免死，擒贼者重赏。”（《平定关陇纪略》卷十二，《回民起义》(四)，第166页。）回民军内有人将西门打开，放清军入城。大部分回民军与清军展开激烈巷战。清军以优势兵力，对回民军实行了血腥的镇压和屠杀。
这时，清军陈湜、沈玉遂部以河州马占鳌、马永瑞为前锋，攻巴燕戎格。马桂源“见人心已离”乃求救于马占鳌。马占鳌令其“尽缴马械，齐赴城外乞抚”（《平回志》卷六，《回民起义》(三)，第188页。），同时密告于沈玉遂，于东山各处多伏军士。3月2日马桂源兄弟赴马占鳌之约，至后立即被清军捉拿，后被押往兰州，凌迟处死。西宁回民反清失败。
肃州回民军在城外数十里范围建筑堡垒数百座，其中塔尔湾、黄草坝为重要据点，“与肃城相为犄角”（《平定关陇纪略》卷十一，《回民起义》(四)，第144页。）。清军徐占彪部行抵高台，粮饷被回民军所截，出战失败，兼以士兵被冻伤者甚多，军无斗志，数月裹足不前。1872年6月，清军攻塔尔湾，经十几日战斗，回民军撤退。7月，清军至肃州城外沙子坝，回民军列队出战，与清军混战多时，忽雹雨交作，回民军火药着雨，不能燃放。而清军多持洋枪，不怕雨水，回民军退入城中。以后双方争割熟麦，回民军城外卡垒连被攻破。9月，清军包围肃州城。但回民军固守城上，又寻找战机出击，屡创清军，使清军坐困城外，数月无寸进之功。1873年春，清军金顺、陶生林、宋庆各军先后至肃州助战，炮轰城上，但肃州城墙坚厚，“炮子入土，轰炸处象类蜂房而城未迸裂”（《平回志》卷六，《回民起义》(三)，第191页。）清军又挖地道，亦为回民军堵截。7月，清军攻入东关，徐占彪率军与回民军巷战，左腿被枪子洞穿两处。清军围内城，筑炮台。8月，左宗棠自赴肃州城下，指挥攻城。9月，清军掘地道轰城，军士蜂拥扑城墙，被回民军击退。
肃州城被围已近一年，回民屡败清军，但城内粮食军械均已用尽，人们“宰骡马充饥。老弱乞其皮煮食度活，饿毙已不知其数”（《平定关陇纪略》卷十二，《回民起义》(四)，第184页。）11月4日，马文禄赴清军营投降，缴枪二千余件和所余战马70余匹。清军杀马文禄等回民军首领，“诸军入城纵火，枪轰矛刺，屠杀回民，老弱妇女亦颇不免”（《平定关陇纪略》卷十二，《回民起义》(四)，第185页。）坚持十年的肃州回民反清斗争被镇压。