左宗棠与李鸿章针锋相对，指出必须收复新疆。他痛切陈词，我国定都北京，蒙古环卫北方，百年来无烽燧之警。因此，“重新疆者，所以保蒙古，保蒙古者，所以卫京师，西北臂指相联，形势完整，自无隙可乘。”如果对新疆停兵撤饷，自撤藩篱，则“我退寸而寇进尺”，防不胜防，故中原“亦无宴眠之日”。左宗棠认为，“塞防”和“海防”应该并重，不应顾此失彼，是否停兵撤饷，“事关大局，不备细陈明，必贻后悔，身在事中，有不敢不言，言之不敢不尽者。耿耿所衷，良非有他”。
1875年清朝政府终于决定，任命左宗棠为钦差大臣督办新疆事务，开始收复新疆的准备工作。左宗棠因年事已高，百病缠身，且“高位显爵”，“年已六十有五，正苦日暮途长”，他本打算在“河湟收复以后”，就告病乞休。但边疆风云突变，寇凶祸急，具有“收复失地舍我其谁”爱国思想和英雄豪气的左宗棠，为了使“金瓯罔缺”，将个人安危生死利害置于度外，决心“马革桐棺”、“老死西域”，誓与“此虏相周旋”。
为了有效地打击侵略者，左宗棠在西征前作了充分的准备。
首先他整军经武，精心筹组西征大军。对那些腐朽昏庸的满族官员、“同役而不同心”的为非作歹之徒，坚决予以黜革。“与旗员闹口舌，是吃亏事；与前任争是非，非厚道事”。但为了收复新疆，“既事关君国，兼涉中外，不能将就了局，且索性干去而已”。
左宗棠排除一切干扰，既整顿了军队，又整肃了军纪。
为了适应出关西征的需要，他对自己的主力湘军也大事整编，剔除空额，汰弱留强。他还规定，凡是不愿出关西征的，一律给予资遣回籍，不予勉强。经过整顿又志愿出关的官兵，士气饱满，战斗力强，是一支敢于冒险犯难，一往无前的军队。
西征费用浩繁，如向各省摊派则颇费时日，他排除李鸿章的种种干扰和暗中作梗，不得不向洋商借款。对此，左宗棠认为是奇耻大辱，深自引疚。这不得已而为之的“借饷洋商”，终于解决了西征军的军饷危机。
接着他又派出专人，万里运输，采办积储军粮。又在兰州建立机器局，为西征军修选枪炮。为了对付阿古柏匪徒的洋枪洋炮，左宗棠从广州、浙江调来专家和熟练工人，在兰州造出大量先进武器，还仿造了德国的螺丝炮和后膛七响枪，改造了中国的劈山炮和广东无壳抬枪。左宗棠大力扩充军备，有了一批威力较强的轻重武器。这时的左宗棠已是万事俱备，胸有成竹，决心马到成功，一举夺回西疆失地。
左宗棠从兰州急驰肃州（酒泉），坐镇河西指挥战争。由湘军都统刘锦棠率领西征军主力挺进新疆。
天山上空战云密布，但讨伐大军却心明似镜，按照主帅左宗棠制定的“缓进急战”、“先北路而后南路”的战略部署，刘锦棠挥师赴命，巨大的钢铁洪流滚滚西进。
1875年6月，刘锦棠率军顺利到达新疆天山以北的吉木萨尔。清军旗开得胜，次年连克阜康、古牧地（米泉）、乌鲁木齐、昌吉、呼图坒、玛纳斯等地，肃清了阿古柏在北疆的势力。
乌鲁木齐的收复，是执行左宗棠“缓进急战”方针的典型战例。刘锦棠先攻外围，声东击西。在到达新疆一年后，刘锦棠得知乌鲁木齐守城部队大部调出迎击清军，乘城中空虚，清军突然从米泉南下，马不停蹄，直捣乌鲁木齐。城中千余骑落荒而逃，清军乘胜追击，歼敌大半，解救了逃匿山谷中的无数难民。
新疆地势北高南低，故有“控北制南”之说，收复乌鲁木齐和北疆各地，就对南疆敌军造成震慑，此谓作战于北，收功于南。
刘锦棠挥师南下，势如破竹，排山倒海，雷霆万钧，使守候于南疆大门口的达坂城、吐鲁番、托克逊敌军闻风丧胆，惶惶不可终日。
就在这个节骨眼上，英国出面交涉，向清朝政府直隶总督李鸿章提出，英国受“喀什噶尔之嘱，要求投诚作为属国”。不久，左宗棠就接到清廷关于英国代表愿意居间调停、代阿古柏乞降“立国”的咨札。左宗棠义正辞严，指出英国即代阿古柏乞降，又称阿古柏为“喀王”，建立属国，免除朝贡，而对于“归我故土、缚献捕寇”为何只字未及？左宗棠理直气壮，成竹在胸，决心收复失地，“无须英人代为过虑也”。
左宗棠不顾李鸿章从中作梗，气冲牛斗，勇力倍增，清军遂于1877年4月连克达坂城、吐鲁番、托克逊，进军南八城的大门被打开。这一胜利给李鸿章和英国人的分裂图谋当头一棒。
不出左宗棠所料，达坂城、吐鲁番、托克逊收复后，南八城“门户洞开”，“作战于北”的连连成功，终于迎来了“收功于南”的胜利曙光。
这时，正在塔里木河下游库尔勒一带督战的阿古柏，眼看大势已去，内部又众叛亲离，乱作一团，面对无法收拾的烂摊子，阿古柏不得不服毒自杀，结束了穷兵黩武的一生。
此时，“本应急起乘之”，但左宗棠仍坚持“缓进急战”的原则。一要筹运粮饷，二因正处盛夏，“伏暑鏖兵”，兵家所忌。三要爱护士兵，应予休整，以养其锐气。
在进入南疆之前，左宗棠再三告诫清军将士，“此次大军所至，非申明纪律，严禁杀掠不可”。如能以“王土王民为念，则南八城易复而亦可守矣”。对于被裹胁之众，“均应宽贷，亦天理人情所宜”。
1877年8月清军南下，10月抵达喀拉沙尔（焉耆）。这里的守将白彦虎，原是甘肃回民起义领袖，后追随阿古柏起了外寇帮凶的作用。清军到来之前，白彦虎将开都河决堤，阻止西征军前进。河水漫流，一片汪洋，“泛滥阔可百余里”。清军在当地民众支援下，搭造浮桥，堵塞上流，修筑车行大道。西征清军相继攻下喀拉沙尔、库尔勒。
在库尔勒，白彦虎事先抢掠秋粮，准备运走，但因决堤自断通路，便把粮食掩埋。清军粮食将绝，得报后掘得粮食数十万斤，解决了粮食危机。
刘锦棠有了充足的粮食准备，立即率部出击，披星戴月，日夜趱行。歼灭敌军数千名，连续攻克库车、阿克苏、乌什。
在追歼白彦虎时，西征军发现敌军步骑数万，“其中持械者不过千余”，其余扶老携幼，驱车牵牛，尽是被胁难民。刘锦棠传令：“手执军械者斩，余均不问。”清军发起攻击，消灭了敌军，将数万难民解救并交后续兵团给予妥善安置。
仅月余，开都河、孔雀河、阿克苏河、渭干河、托什干河及塔里木河中下游一带，被外敌侵占的领土均已收复，漫延十多年的战火在这里平息了。
攻下兵家必争的南疆重镇阿克苏后，传闻英国企图扶植阿古柏的长子伯克胡里立国称汗。左宗棠指示刘锦棠说，我国进军南八城是“恢复旧疆”，与英何涉？应发动攻势奋力猛进，急取喀什噶尔，剿抚兼施，“自易了结，英人奸谋自沮”。
刘锦棠指挥步骑分兵两路，直逼喀什噶尔城下。清军突然“金鼓齐鸣，马步如墙而进”，官兵分进合击，奋勇力战，一时间杀声震天，势不可挡。歼敌七八千，生擒千余，沦于外寇十二年的喀什噶尔重回祖国怀抱。
伯克胡里与白彦虎率残部逃亡，从边境纳林桥进入俄境。
接着，刘锦棠又亲率步骑，连连攻克叶尔羌和英吉沙。次年（1878年）一月，刘锦棠派兵收复了和田后，立即轻骑飞驰喀什噶尔，处理善后事宜。
在群众的帮助下，当年勾结阿古柏入境的金相印等卖国贼被迅速查获，并被分别处以极刑。
西征军以风卷残云之势，仅用一年多时间就收复了除伊犁以外的新疆领土，这是清政府对列强出奇制胜的得意之笔，也是左宗棠一生中的华采乐章。
左宗棠、刘锦棠等率领西征清军，彻底摧毁阿古柏侵略政权的胜利，给塔里木河流域各族人民带来了又一次休养生息的机会。
塔里木河新歌
战乱的毁坏，外寇的蹂躏，使塔里木河流域满目疮痍，举目凄凉。到处是残垣断壁，十室九空，土地荒芜，水利废弃，两岸尽是破败凋零的景象，惨不忍睹。
清军在清剿阿古柏匪帮过程中，每收复一地，就在当地设立善后局，以医治战争创伤，重建地方秩序，发展生产，恢复经济。
新疆共设立了两个善后总局，南疆东四城善后总局驻阿克苏，西四城善后总局驻喀什噶尔。另设善后局和分局，分驻喀拉沙尔（焉耆）、库车、阿克苏、乌什、喀什、英吉沙、叶尔羌、和田、吐鲁番、乌鲁木齐以及沙雅、拜城、巴楚。其中除乌鲁木齐之外，其他都是天山以南的城镇。