五月，劉錦棠令軍士取哈密存糧，逾天山遞運巴裏坤，複由巴裏坤遞運古城。閏五月，錦棠次巴裏坤，進駐古城，分兵屯木壘河。偵馬人得踞烏魯木齊，白彥虎踞紅廟子，土回馬明踞古牧地，法當先取古牧，撤烏垣、紅廟藩籬。而阜康當賊衝，距古牧才百裏，宜先據之。
六月，錦棠輕騎赴吉木薩，與金順計事。約金順屯阜康城，自屯城東之九營街，圖進取。左宗棠增遣徐占彪接防巴裏坤，而張曜哈密之軍分屯安西；宗棠令歸並哈密，以厚哈、吐之防。白彥虎聞官軍大出，自紅廟移踞古牧，糾土回拒官軍，剃發易服，竊附安集延。安夷亦遣纏回助戰。錦棠覘阜康城西野潦縱橫，延二十裏，可疏廢渠供飲啜。自此行戈壁五十裏，達黑溝驛，始有泉。戊申，令軍士開溝引水，傍廢渠而營。次日，赴戈壁，佯掘井以懈賊。
其夜，錦棠約金順潛襲黃田，破其卡。遙聞古牧角聲四起，錦棠、金順先踞山岡，餘虎恩、黃萬鵬等馬隊自山馳下，與賊騎戰良久。步賊來助，譚拔萃、譚上連、董福祥等步隊出中路，馬軍分左右抄之。賊大敗，守卡者皆逃。官軍徑抵古牧。錦棠以城堅難驟下，還駐黃田。時古牧回酋馬明為帕夏逮赴南路，玉治、金中萬率土回堅守。壬子，錦棠圍古牧，帕夏遣夷目阿托愛率騎賊來援。錦棠令餘虎恩馬隊列山前，嚴陣以待；遣步軍分攻山壘南關，皆下之。阿托愛棄馬逃。丙辰，錦棠舁開花炮攻城，垛堞多坍。丁巳克古牧，守賊六千殲焉。
錦棠度烏垣賊且他遁，戊午，自將趨之。抵城東，安夷土回、纏頭皆宵逸，遂克烏魯木齊迪化州及偽王城。偽王城者，妥明所築也。錦棠遣諸將分追三十裏，至鹽池，阻戈壁而返。於是，昌吉、呼圖壁、瑪納斯北城守賊皆棄城遁。帕夏所遣援賊五千騎已至達板，距烏垣二百裏，聞敗不敢進。新疆北路略定，惟瑪納斯南城未克。捷聞，賞劉錦棠騎都尉世職，譚上連、譚拔萃、餘虎恩等雲騎尉世職，諸將給獎有差。
七月，宗棠以北路既清，谘金順、錫綸分扼各城堡要隘，搜餘匪，檄張曜、徐占彪與劉錦棠進規南路。錦棠下令搜山，陶生林、譚和義等趨東山，黃萬鵬、譚上連、譚拔萃、餘虎恩等趨大小二池，東南至柴窩，小有斬擒。當是時，帕夏踞托克遜，築三城自衛。托克遜者，噶孫營也；北守板達，拒劉錦棠烏垣之軍；南守吐魯番，拒張曜哈密之軍。而烏垣敗黨麇集板達，白彥虎、於小虎踞南山小東溝，遣黨四出刈禾，備幹糧，圖繞官軍後。戊辰，劉錦棠趨小東溝，白彥虎先一日走金口峽。次日，錦棠急行九十裏，及之金口峽。老弱婦女數萬，踉蹌驚走。白彥虎、於小虎已並入托克遜。錦棠還軍烏垣。
帕夏以白、於勢日蹙，待之甚倨，勒其眾剃發易服，傍三城以居。宗棠檄張曜嵩武軍道奇克騰木向辟展，徐占彪蜀軍搜巴古諸山、木壘河，與張曜夾攻吐魯番。木壘河地寬衍，容萬騎，亦饒水草。雍正中，嶽鍾琪奏稱以重軍駐此，可保必效者也。時金順攻瑪納斯南城，久不下，谘湘軍助剿。八月，劉錦棠派道員羅長祜與譚拔萃、黃萬鵬、董福祥等十一營赴之。宗棠以錦棠兵單，增遣總兵章洪勝、方友升、桂錫楨等歸調遣。九月，複奏調金運昌軍五千人自包頭西行助錦棠。
己醜，金順、錫綸會湘軍克瑪納斯南城，掘偽清真王妥明屍戮之，俘偽元帥海玉、馬受、馬有才等，並其悍黨殲焉。十月，金順移駐昌吉。令提督孔才駐瑪納斯，方春發駐呼圖壁，副將徐學功等分屯北路要害，湘軍羅長祜等還烏垣。自後大雪封山，諸軍不能逾嶺而南。帕夏與白彥虎乘暇移達板、新城兩山間，以“大通哈”守之。大通哈，猶言大總管也。吐魯番故有滿、漢兩城。帕夏次子海古拉又日役萬夫造偽王府，雄闊異常度。是冬，帕夏令白彥虎、馬人得守吐魯番，海古拉守托克遜，大通哈守達板，自居喀喇沙爾為中權，策應之。
三年三月，冰解，劉錦棠自烏垣逾嶺攻達板。張曜自哈密西進，先遣提督孫金彪與徐占彪會師鹽池，趨吐魯番。己未，劉錦棠抵柴窩，留營守之。柴窩距達板二十裏。夜初鼓，錦棠令軍士銜枚疾走，期五鼓集達板城下。大通哈新引湖水衛城，泥深及馬腹。餘虎恩、陶生林、夏辛酉等馬隊掠過深淖，列城左山岡。譚上連、譚和義、戴宏勝等率步隊列城後山阿。降人崔偉等以馬隊承彌縫。群回方臥，未覺也。天明霧收，城回望見，始大驚，發西洋槍炮下擊，自卯至午不絕。我軍小傷亡，屹立如故。劉錦棠策馬周覽城濠，坐騎中槍，易馬而前，飭各營築壘掘濠困之。辛酉，傍城東築炮台。海古拉遣騎賊番進赴援。陶生林等截之隘口，分左右包抄，援騎皆返奔。
城回盼援不至，議突圍出走。錦棠誡諸軍嚴備。壬戌，侯名貴舁開花炮三，置炮台連環擊之，城身多坍。有頃，炮中火藥房，屋瓦磚石皆飛。大風驟起，引燒開花彈子，城中人馬碎裂。群回奪門走，官軍遮之不得出。錦棠使人呼曰：“縛異裝者有賞。”於是大小頭目悉致麾下，無一脫者，遂克達板城。擒其酋愛伊德爾呼裏，即安夷所號“大通哈”也。又獲“胖色提”六人，“玉子巴什”六人。胖色提者，華言營官；玉子巴什者，華言哨官，其餘夷職甚多，則華言管理、執事、什長之類。於是，大通哈暨諸胖色提同聲代帕夏乞款，願縛白彥虎、獻南八城贖罪。錦棠聽其致書招帕夏，釋安集延南八城纏頭及土爾扈特種人數千勿誅。悉給衣糧，縱歸原部。夷回大歡。
戊辰，錦棠進駐白楊河，聞嵩武軍孫金彪與徐占彪已下奇克騰木，進攻辟展，及魯克沁、連木沁台、勝金台，盡破其城壘。兩軍會於哈拉和卓，距湘軍僅兩日程。錦棠遣羅長祜率五營赴之。己巳，徐占彪、孫金彪引軍至吐魯番，白彥虎先一日遁城東。守賊殊死鬥，乃麾馬軍兩旁抄襲，賊陣大亂。躡至城邊，城回傾巢出戰。戰正酣，羅長祜領湘軍合力攻之，賊西奔。馬人得詣嵩武軍降，纏回萬餘跪地乞命，孫金彪悉宥勿誅。遂克吐魯番滿、漢兩城，分駐之。
是日，劉錦棠急馳百裏抵托克遜，海古拉亦先遁。守賊與官軍戰城外，敗潰，舉火焚糧藥，棄城逃。錦棠遣軍士入城滅火，纏回二萬餘人跪馬前降，錦棠令繳馬械，候安插。於是，托克遜三城皆下。
自吐魯番告克，南八城門戶洞開，帕夏日夜憂泣，不知所為。白彥虎益掠人畜，焚村堡，脅纏回同奔，纏回皆怨。而達板、托克遜、吐魯番諸降眾，官軍皆釋不問，夷回無複疑懼，轉相告語，南八城皆延頸盼官軍出水火。帕夏夙遇纏回虐，怨毒中人深，人人思報複之。
四月，帕夏在庫爾勒飲藥死。其子海古拉淹屍水中，三日始出，裹香牛皮，舁之西行。將達庫車，伯克胡裏使使截之半途，殺海古拉，安夷所呼“小帕夏”也。帕夏名阿古柏，自稱畢調勒特汗，有子六人：長哎哥，即伯克胡裏，非所愛也；次即海古拉；次引上胡裏；次邁底胡裏；其他二子無名。海古拉既誅，伯克胡裏保南境而王。夷回推白彥虎守庫爾勒，彥虎自踞開都河西岸，覬入俄羅斯。
是時，侍郎郭嵩燾出使英吉利，英人威妥瑪為安夷緩頰，事下左宗棠。宗棠奏言：“竊維立國有疆，古今通義。必合時與地通籌之，乃能權其輕重，而建置始得其宜。伊古以來，中國邊患，西北恒劇於東南。蓋東南以大海為界，形格勢禁，尚易為功，西北則廣漠無垠，專恃兵力為強弱。兵少固啟戎心，兵多又耗國用。以言防，無天險可限戎馬之足；以言戰，無舟楫可省轉饋之用。非若東南之險阻可憑，集事較易也。周秦至今，惟漢唐為得中策；及其衰也，舉邊要而捐之，國勢遂益以不振。我朝定鼎燕都，蒙部環衛北方，百數十年無烽燧之警。不特前代所謂九邊皆成腹地，即由科布多、烏裏雅蘇台以達張家口，亦皆分屯列戍，斥堠遙通，而後畿甸宴然。蓋祖宗朝削平準部，兼定回部，開新疆立軍府之所貽也。是故重新疆者所以保蒙古，保蒙古者所以衛京師。若新疆不固，則蒙古不安，匪特陝、甘、山西各邊時虞侵軼，防不勝防；即直北關山，亦將無宴眠之日。而況今之與昔，事勢攸殊。俄人拓境日廣，由西而東萬餘裏，與我北境相連，僅中段有蒙部為之遮閡。徙薪宜遠，曲突宜先，尤不可不豫為綢繆也。方今北路已複烏魯木齊全境，隻伊犁尚未收回；南路已複吐魯番全境，隻白彥虎率其餘黨偷息開都河，喀什噶爾尚有叛弁逃軍，終煩兵力。此外各城，則方去虎口而投慈母之懷，自無抗拒顏行者。新秋采運足供，餘糧棲畝，鼓行而西，宣布朝廷威德，且剿且撫，無難挈舊有之疆宇，還隸職方。此外，如安集延、布魯特諸部，則等諸邱索之外，聽其翔泳可矣。英人為安集延說者，慮俄之蠶食其地，於英有所不利。俄方爭土耳其，與英相持。我收複舊疆，兵以義動，彼將何以難之？設有意外爭辯，枝節橫生，在我仗義執言，亦決無所撓屈。新疆南路，以吐魯番為腴區。其八城，以喀喇沙爾所屬地多磽瘠，餘雖廣衍不及北路，而饒沃或過之。全境收複，經畫得人，軍食可就地采運，餉需可就近取資，不致如前此之拮據憂煩，張皇靡措也。區區愚忱，實因地不可棄，兵不可停，而餉事匱絕，計非速複腴區，無從著手，局勢所迫，未敢玩愒相將。至省費節勞，為新疆畫久安長治之策，則設行省，改郡縣，事有不容己者。”
又言：“自浩罕為俄人所並，安集延諂附英吉利，英人亦陰庇之。茲複以護持安集延為辭，保護立國為義，其隱則恐安集延為俄人所有。夫安集延非無立足之處，何待英人別為立國？即欲別為立國，則割英地與之，或即割印度與之可也，何乃索我腴地以市恩？且喀什噶爾為古疏勒國，漢代已隸中國，固我舊土也。而英人直以為帕夏固有之地，其意何居？從前恃其船炮橫行海上，猶謂隻索埠頭，不取土地，今則並索及疆土矣。彼陰圖為印度增一屏障，公然強我於回疆撤一屏障，此何可許。我愈示弱，彼愈逞強，勢將伊於胡底？臣奉職邊方，惟有勉竭駑鈍，不顧目前成敗利鈍圖之。郭嵩燾片奏乘阿古柏冥殛之時，席卷掃蕩一語，尚無不合。現在南路之師，劉錦棠三十二營擬於八月中旬分起西進；張曜擬於九月初旬繼發。前聞英人遣使赴安集延，臣已馳告劉錦棠、張曜，屬其善為看待。如論及回事，則以我奉令討侵占疆宇之賊，以複我舊土，他非所聞。如欲議論別事，請向肅州大營。彼如來營，臣自有以折之。”上嘉其奏，如所議行。
七月，劉錦棠遣湯仁和等自托克遜進兵。八月癸未朔，董福祥、張俊等自阿哈布拉沿途置哨壘，張春發繼之，均至曲惠而營。士卒曳糧浚泉，接程以俟大隊。癸卯，錦棠率大隊行五日至曲惠；餘虎恩出庫爾勒之背，錦棠自趨開都河。開都河源出天山之麓，彙而南趨，貫庫爾勒、喀喇沙爾之中，下流注於博斯騰淖，古所謂泑澤者也。白彥虎壅開都河，水溢百餘裏，以遏我軍。錦棠馬步繞淖行堿地，紆折達開都河東。白彥虎先期走庫車。
九月癸醜朔，錦棠收複喀喇沙爾。城中水數尺，廬舍蕩然。召其台吉，遷蒙民數百戶實之。乙卯，餘虎恩收複庫爾勒，城空無人，食罄，掘窖糧數千石濟軍。錦棠偵白彥虎脅纏回走布告爾，急行四百裏至洋薩爾，見各堡火光燭天，知回去未遠；令後隊救火，前鋒及之布告爾。黃萬鵬、譚拔萃與戰，破走之。次日，追四十裏，以西洋測微鏡瞭回眾尚數萬，持槍矛者才千人。錦棠令曰：“執械者誅，餘勿問。”亟逐之。賊委難民狂奔，錦棠悉遣歸複業，仍領精騎躡賊。甲子至托利賴，纏回萬餘伏地號呼，複慰遣之。乙醜五鼓蓐食，行數十裏至庫車。白彥虎方驅纏回西走。纏回不從，皆散布郊原；見官軍至，倉卒列隊。錦棠麾馬步突之，皆大奔，遂複庫車。
是役，自庫爾勒六日馳九百裏，拔難回約十萬。左宗棠遣員設善後局安撫之，籌籽種，招耕牧，治塗造船以通商賈，纏回附者益眾。白彥虎在拜城，與安集延胖色提等日夜掠城外纏回為助，村堡皆墟，拜城回閉關拒之。丁卯，錦棠軍至，遣通事諭之，拜城回目買賣提托呼達等開城迎降。錦棠留方友升鎮撫，而自履冰夜行。戊辰至銅廠，與回遌。賊糾二萬眾列河岸拒戰，錦棠鼓之，騎賊皆靡，積屍塞河，水為不流。遣難回悉還拜城。複促所部亂流而渡，擊回於上銅廠，連敗之。遂越察爾齊克台而西。
己巳，度戈壁百四十裏，至哈拉裕勒。庚午至劄木台，解鞍小憩。進薄阿克蘇，遙望城上槍矛林立，西南飛塵蔽天。遣候騎覘之，則前一夕回目將獻款，為胖色提縛去；其閉關設守者，城回十萬餘人嚴備以待官軍者也。錦棠召回目出城，諭以威德，群回膜拜乞撫。遂複阿克蘇，駐軍漢城。遣將躡擊白彥虎於胡馬納克河，敗之。獲哈密回王邁合默特之母，送歸其部，資遣難回還庫車。白彥虎見官軍日迫，患之，乃嗾安夷竄葉爾羌，自竄烏什，冀分兵力以緩死。錦棠舍安夷勿追，專力討白逆。令黃萬鵬、張俊趨烏什，譚盛典、夏辛酉自西會之。辛未，渡故馬納克河，行戈壁八十裏，俘黨魁馬有才等。壬申，擊回於烏什城東，敗之，遂複烏什。次日，至阿他伯什，阻戈壁而返。於是南疆東四城皆下。上念湘軍冒寒遠征，一月中馳驅三千餘裏，劉錦棠開西寧道缺，晉秩三品京卿，諸將給獎有差。