十月癸未朔，張曜由哈喇沙爾進庫車。庫車迤南曰沙雅爾，其酋麻木爾叛附安集延。聞官軍已下東四城，遁匿哈番。哈番在阿克蘇西南四百裏，錦棠率席大成等親攻之。辛卯，擊賊哈番西，麻木爾受創遁，部眾解散，錦棠還軍阿克蘇。
當是時，帕夏長子伯克胡裏踞喀什噶爾，猶保西三城，而和闐伯克呢牙斯圖反正，乘隙圍葉爾羌，遙為官軍聲援。伯克胡裏僅餘一城，憤甚，率五千騎與呢牙斯戰於葉爾羌。呢牙斯敗走，降於我。伯克胡裏進奪和闐，踞之。而喀什噶爾守備何步雲、章京英韶及滿、漢兵弁陷賊中者尚數百人，相率守漢城，使使迓官軍。安酋阿裏達什保回城以攻漢城，且約白彥虎來助。伯克胡裏乃棄和闐走英吉沙爾，並入回城。
十一月，劉錦棠分三路進軍。黃萬鵬等由烏什道布魯特邊為奇兵，桂錫楨等由阿克蘇道巴爾楚克為正兵，均聽進止於餘虎恩。以取喀什噶爾。錦棠自駐巴爾楚克、瑪納爾巴什，扼葉爾羌、和闐衝要。甲子日中，餘虎恩師次喀城北，黃萬鵬次喀城東，相距六十裏。賊候騎猝遇官軍，馳歸，呼於城曰：“大軍至矣！”纏回皆駭潰，安酋禁殺不能止。伯克胡裏、白彥虎分路逃，留其黨守城綴我軍。是夜三鼓，兩軍抵城下。城回縱火燒廬舍，以騎賊出拒戰。餘虎恩進中路，蕭元亨等出其左，戴宏勝等出其右。比交綏，回大敗，俘偽元帥王元林。降弁何步雲、英韶等憑漢城大呼，回城恟懼失措，開西門出走，遂克喀什噶爾，時天色猶未明也。乙醜，餘虎恩留張俊守喀城，黃萬鵬出西北追白彥虎，餘虎恩出正西追伯克胡裏，俘於小虎、馬元於陣。白彥虎、伯克胡裏及阿裏達什遁入俄羅斯。
時劉錦棠師次阿郎格爾，遇安夷百餘騎，殲之。疾驅而前，戊辰至葉爾羌，城回先遁。遂複葉爾羌，錦棠入居新城。辛未，錦棠收複英吉沙爾。庚辰，董福祥收複和闐。於是南疆西四城皆下。俘故帕夏妻女及其子引上胡裏、邁底胡裏並兩少子、三孫，按律治之。於小虎、馬元、麻木裏暨倡亂之金相印父子磔於市，誅悍黨一千一百六十人，新疆平。
詔曰：“溯自同治三年布魯特叛亂，逆回金相印陷喀什噶爾，蠶食南八城，而吐魯番、烏魯木齊等城，相繼淪陷，於今十有餘年。朝廷恭行天罰，特命左宗棠為欽差大臣，督辦新疆軍務。該大臣剿撫兼籌，議定先規北路，首複烏魯木齊，以扼其總要；旋克瑪納斯，數道並進；規複吐魯番等城，力爭南路要隘。然後整旅西行，勢如破竹。現在南八城一律收複。該領兵大臣櫛風沐雨，艱苦備嚐，允宜特沛殊恩，用酬勞勩。左宗棠籌兵籌餉，備曆艱辛，卒能謀出萬全，膚功迅奏，著由一等伯晉為二等侯。三品京堂劉錦棠，智勇深沉，出奇製勝，用能功宣絕域，著由騎都尉世職晉為二等男。”其餘諸將，給獎有差。
是時湘軍聲威遠懾，諸番夷僑寓南八城者，皆翕然聽命。凡獲英吉利商官一人，隨從商賈九人；乳目洋操教習二人，商三人；阿剌伯三人；溫都斯坦三十餘人；鄂勒推帕二十餘人；克什米爾一千七百餘人；巴達克山三千餘人；巴爾替一千餘人；科拉普一百五十餘人；哈普隆二百五十餘人。劉錦棠以諸種人自稱商賈，殺之不武，悉宥勿誅。其英人、乳目人給文返國，布魯特十四部落願隸中國者納之。
四年十月，安酋阿裏達什自俄境入寇，糾纏回出奈曼，謀襲喀什噶爾。劉錦棠親擊於玉都巴什，大破之。奈曼回目庫彌什設伏誅阿裏達什以獻，並其餘黨悉殲之。左宗棠以俄人庇匿逋寇，慮諸將忿極啟釁，請飭總理衙門與俄人議之。時侍郎崇厚出使俄羅斯，議交還伊犁事，有旨垂詢宗棠。
宗棠奏言：“俄人自占據伊犁，於西麵舊有拱宸、瞻德、廣仁、塔勒奇四城，均棄而弗守，傾圮殆盡。綏寧一城，近以之雜置陝回，距伊犁僅三十裏。伊犁大城人煙甚少，俄兵及商戶均萃居東南惠寧、熙春、寧遠三城，而金頂寺煙戶尤多。伊犁管事俄官名馬依爾，品秩不過中國同知、通判之類，主伊犁之事者七河巡撫也。所駐阿圖瑪爾，地屬俄境，在伊犁西八百餘裏。其兼轄之官，為圖爾齊斯坦總督，自稱代國大臣，駐浩罕故都塔什幹城，距我喀什噶爾不過十數程。自喀什噶爾至俄邊納林河，中隔俄屬布魯特部，喀城馬行六日可至。從前伊犁本不與俄境相連。近年俄人先後脅誘哈薩克、布魯特種人，又攻奪浩罕三部，據其都城，而浩罕屬安集延亦隨風而靡。故我北路伊犁，南路喀什噶爾之邊境，皆與俄屬相連，距俄亦近也。臣前疏所謂地不可棄者，竊以腴地不可捐以資寇糧，要地不可借以長敵勢，非乘此兵威迅速圖之，彼得誌日驕，將愈近愈逼；而我饋運艱阻，勢將自絀，無地堪立軍府，所憂不僅西北也。伊犁收還以後，應於邊境擇要築壘開濠，安設大小炮位，挑勁兵以增其險。其西北之塔勒奇、廣仁、瞻德、拱宸各城，戶口鮮存，水草卻便，應暫駐各營分屯其間。其東惠寧、熙春、寧遠各城，民戶、商戶，願遷往者遷往，願歸業者歸業。邊圉既奠，人安其土，耕其野而出其途者，不待招徠矣。現在北路戶口日增，開墾日廣，南八城地方富庶，劉錦棠、張曜開溝築堡，鑄錢征厘。開設行省，機有可乘。失今不圖，未免可惜。”上可其奏。
五年正月，安集延、布魯特寇邊，劉錦棠迎擊於烏帕爾，大破之，斬二千餘人。賊還遁俄羅斯。時崇厚與俄人定約，議以伊犁歸我，償兵費銀二百八十萬；而劃伊犁西界數百裏予俄，又割南界數百裏跨天山以隔南八城，其他侵占口岸尤多。崇厚已赴黑海畫諾矣。電報至京，中外大嘩。或疑崇厚既充全權大臣，渝盟且啟釁；或以新約妨民病國，宜誅崇厚以拒俄。上亦怒崇厚輕率，褫職逮問，而令疆臣策萬全。左宗棠奏言：“中國削平發撚，兵力漸強，製炮造船，已著成效。彼如思逞，亦有戒心。而渝約稱兵，各國先失商賈之利，必且知難而退。此時惟有先之以議論，委婉而用機；次之以戰陣，堅忍而求勝。臣雖衰庸無似，敢不勉旃！”上壯其言，嘉許之。宗棠乃自請出屯哈密，規複伊犁。
六年正月，詔毅勇侯曾紀澤自英國赴俄議約，通政使劉錦棠幫辦新疆軍務。二月，左宗棠分兵進取伊犁。奏以精河一帶為東路，伊犁將軍金順主之，所部馬步萬人，檄卓勝軍二千為之助。自阿克蘇沿特克斯河為中路，廣東提督張曜主之，所部馬步五千人，增募皖勇千人，土爾扈特馬隊數百人，複檄湘軍二千五百為之助。自烏什經布魯特遊牧為西路，幫辦軍務劉錦棠主之，所部馬步萬餘人，而分遣譚上連步兵二千餘人屯喀什噶爾，譚拔萃等二千餘人屯阿克蘇，陶鼎金、王福田等二千餘人屯哈密，為後路聲援。塔爾巴哈台與俄逼處，參讚大臣錫綸兵不足，募徐學功、孔才舊部二千畀之。
四月乙卯，宗棠發肅州，舁櫬以行。五月乙亥，抵哈密。俄人聞王師大出，增兵守伊犁納林河，而以兵船翔海上，冀震撼京師，於是天津、奉天、山東皆警。七月，詔左宗棠入京備顧問，劉錦棠署欽差大臣，張曜幫辦軍務，楊昌濬護陝甘總督，山西巡撫曾國荃督辦京東軍務，屯山海關，提督鮑超屯樂亭，直隸總督李鴻章整飭天津海防。八月，劉錦棠軍至哈密。十月，張曜移駐喀什噶爾，總西四城邊防；分嵩武軍屯英吉沙爾，移董福祥等屯和闐、葉爾羌，羅長祜等屯阿克蘇、瑪納爾巴什，譚上連屯葉和西城，餘虎恩屯烏什，譚和義屯吐魯番，譚拔萃屯庫車、哈喇沙爾。左宗棠道甘、陝、山西赴京，令知府王詩正率旌善馬隊、親軍步隊行草地赴張家口，備調遣。
七年正月，和議成，海防諸軍皆罷。二月，左宗棠至京，授軍機大臣；曾國荃擢陝甘總督，乞病還湘，以譚鍾麟代之。時曾紀澤與俄人更定約章，已允協。詔金順接收伊犁，按圖劃界，參讚大臣升泰、錫綸佐之。八月，劉錦棠真除欽差大臣，屢疏懇辭，上慰勉之。
八年三月，譚鍾麟、劉錦棠奏設新疆郡縣，自哈密南至吐魯番，北至精河，照鍾麟原奏，無須另設多員。其回疆東四城設兵備道一員，駐阿克蘇。阿克蘇為古溫宿國，設溫宿直隸州知州一員，治阿克蘇，拜城知縣一員隸之；喀喇沙爾撫民同知一員，庫車撫民同知一員，烏什撫彝同知一員；統轄於東四城巡道。西四城設兵備道一員，駐喀什噶爾。喀什噶爾為古疏勒國，設疏勒直隸州知州一員，治漢城，疏附知縣一員，治回城，隸之；英吉沙爾撫彝同知一員；葉爾羌為古莎車國，設莎車直隸州知州一員，治漢城，葉城知縣一員，治回城，隸之，瑪納巴什水利撫民通判一員；和闐為古於闐國，設和闐直隸州知州一員，治和闐，於闐知縣一員，治喀拉噶什，隸之：統轄於西四城巡道。
初，左宗棠議設新疆總督一員，駐烏魯木齊；新疆巡撫一員，駐阿克蘇。譚鍾麟則謂設省應從州縣起，然後遞設督撫轄之。至是，劉錦棠奏言：“臣自出關辦賊，曆今七載。熟度關外形勢，固舍設郡縣，易舊製，別鮮良圖。惟將新疆另為一省，則臣頗以為不然。現在新設南路同通州縣，合之哈密及鎮迪道原有各廳州縣，不過二十餘處，即將來地方富庶，增亦無多。嚐考各省州縣，最少者莫如貴州、廣西，新疆尚不及半，其難自成一省明矣。且新疆與甘肅形同唇齒，從前左宗棠以陝甘總督辦新疆軍務，凡兵餉製辦，皆以關內為根本。臣受代兩年，尚未僨事者，皆賴譚鍾麟、楊昌濬力顧全局，故能勉強支持。向使甘省大吏稍分畛域，則邊事已不堪問。若將關內外劃為兩省，以二十餘州縣孤懸絕域，其勢難以自存。惟新疆歸甘肅節製，鞭長莫及。擬仿江蘇建置大略，添設甘肅巡撫一員，加兵部尚書銜，以烏魯木齊為省治，哈密以西、南北兩路道廳州縣皆隸焉。新疆布政使一員，隨巡撫駐紮。鎮迪道加按察使銜，管刑名驛傳。改迪化直隸州為知府，添設迪化知縣，並昌吉、綏來、阜康、奇台為五縣，俱隸迪化知府。伊犁滿營，照各省駐防將軍營製，鎮迪道無須都統兼轄，伊犁將軍亦無庸總統全疆。移烏魯木齊提督駐喀什噶爾，烏垣自設撫標。南北兩路，另設額兵，添設總兵、副將、參、遊、都、守、千、把等官。吐魯番暨南路舊有參讚、辦事、領隊各大臣，一律裁去。自哈密北至伊犁，都統、辦事、領隊各臣，酌量裁撤。”疏入，下吏部議行。
九年四月，劉錦棠、譚鍾麟始委員試署南疆道、廳、州、縣，設吏、戶、禮、兵、刑、工六房，以舊有伯克經收糧賦者充之。令與習漢字書吏雜處，互授漢、回文言。另設義塾訓回童。督兵勇修補城垣，造壇廟、倉敖、監獄，通驛傳，設塘站。南疆歲征糧至二十餘萬石，兵食充然有餘。百廢具舉，民氣漸蘇。回疆積弊，渝除殆淨矣。
十年十月，詔授劉錦棠為甘肅新疆巡撫，魏光燾新疆布政使。
十一年三月，劉錦棠進駐烏魯木齊省城，奏移烏垣、巴裏坤旗兵並入古城，設城守尉治之。增設布政司經曆一員，布庫大使一員，鎮迪道庫大使兼按司獄一員，迪化府經曆兼司獄一員。改迪化州吏目為縣典史，迪化州學正為府教授。裁庫爾哈喇烏蘇糧員，設撫民同知一員，照磨兼司獄一員。裁精河糧員，設分防驛糧巡檢一員，隸於同知。其喀喇巴爾噶遜糧員，以迪化知縣兼之。又奏裁伊犁參讚大臣，增副都統二員，佐將軍同駐惠遠大城。
十二年春，劉錦棠奏修新疆省城，拓迪化滿、漢兩城而一之，始建撫、藩衙署。四月，奏增伊塔兵備道一員，駐寧遠城。升伊犁撫民同知為伊犁知府，治綏定城。增設綏定知縣一員，以廣仁、瞻德、拱宸、塔勒奇四城隸之；寧遠知縣一員，治寧遠城，以惠寧、熙春兩城隸之：俱隸於伊犁知府。又設伊犁分防通判一員，兼理事銜；精河撫民同知一員；改塔爾巴哈台理事通判為撫民同知，仍兼理事銜：俱隸於伊塔道。其他首領雜職如內地。於是，新疆南北郡縣之製大定。
至光緒十三年，綜計漢、回、纏民及入籍安民二十六萬六千九百五十九戶，男女大小一百二十三萬八千五百八十三丁口，丈量荒熟地一千一百四十八萬一百九十四畝有奇，額征本色糧二十七萬六千五十一石有奇，本色草一千四百九十萬二千七百斤有奇，折色糧草及地課銀五萬九千一百四十八兩有奇。其已墾熟地，現征本色糧二十萬三千石有奇，本色草一千三百九十五萬八千二百斤有奇，折色糧草及地課銀五萬七千九百五十二兩有奇。
王定安曰：史稱西域城郭諸國，兵弱易擊，匈奴、烏孫常役屬之，征其賦稅，蓋古之孱弱小邦也。然而恃其險遠，遮殺漢使，拒王命者亦屢矣。其後漢益出師，斬樓蘭，誅宛王毋寡，諸戎畏懾，始稽首稱外臣，乃設都護校尉鎮撫之，匈奴遂益衰弱。故漢之經營西域，其意在匈奴，非黷武勤遠之謂也。今俄夷與我毗鄰，東西亙萬裏，其患豈止漢匈奴比哉？而回疆柔懦反側，棄之且為所噬，日蹙百裏，不至於地盡不已也。左文襄排眾議而獨任其難，不惜竭天下全力圖之，其深謀遠慮，弭禍亂於已兆，豈非古之所謂社稷臣乎？劉公錦棠挈百戰之師，乘破竹之勢，霆摧電激，不數月廓清萬裏，雖傅介子、班超、陳湯之立功絕域，何多讓焉？於戲盛矣！