在金積堡一役結束後，左宗棠的兵鋒又指向了河州馬占鼇部回民軍。馬占鼇占據的河州屬於蘭州府，並且與省城相連接。因而河州回民軍對陝甘總督治所蘭州構成直接了威脅。
河州地界，自從陝甘回民起事以來，就已經完全脫離的清廷的掌控。左宗棠審時度勢令劉明燈部從馬盤向安定方向前進，同時令徐文秀部從靜寧開向會寧，逐步造船修橋，渡過洮河，修治蘭州大道，以利運輸軍資火藥在靜寧儲備。左宗棠強調要穩紮穩打，等到糧食足備、橋梁修成時再進兵，比較穩妥。
8月，左宗棠決定兵分中、左、右三路部隊合力進攻河州，各部隊分路前進。左宗棠則率親兵從平涼進駐靜寧。
到了9月，清廷得知俄國人侵占了新疆重鎮伊犁及周圍地區，即命左宗棠為收複新疆做準備，首先全力攻取肅州。左宗棠調徐占彪的靖遠部隊六千人，從涼州和甘州趕赴肅州。他分析甘肅的形勢，改變原定先攻河州後攻肅州的計劃，決定同時並舉，急派記名提督徐占彪統率蜀軍馬步十二營向肅州推進。
左宗棠取道會寧，抵達安定，集結各部，決定先取康家岩。同時，他又派遣徐文秀、劉明燈兩部從安定分路搜查前進，想要將回民軍驅趕到康家岩，加以聚殲。徐文秀部前進到好麥川，剛好遇到回民軍騎兵二千人，將之擊敗，追到沙合嶺。第二天冒雪前進，越過馬寒山，抵達東溝，直逼回民軍卡壘，將其攻破。當天，劉明燈部抵達新田鋪，攻破新岩堡和孫家堡。回民軍全部撤進康家大堡。清軍會師合圍。回民軍突然棄堡，向洮河狂奔。清軍壓迫過去，擊斃大批回民軍。清軍占據各堡，設立營壘。
回民軍將精銳部隊駐守在康家岩周圍的三甲集、太子寺、大東鄉等據點，作為河州的門戶。左宗棠發現，從康家岩渡河，河岸險峻，水流湍急，對岸有鄧家灣和邊家灣堅壘，防禦森嚴，倉促間無法過渡。於是，他命令中路軍從狄道架設浮橋先渡。
傅先宗、楊世俊各部渡河完畢，分別在西坪、三義河紮營，派遊擊何建威所部扼守陳三坪，開始攻打三甲集。回民軍在高家集、紅莊、胭脂山一線阻擊，又在黑山頭、大坪山修築堅壘，護衛三甲集。清軍會攻高家集，攻破八座壁壘，乘勝攻下紅莊和吉家山各堡，擊斃二千多人。劉明燈、徐文秀兩部從康家岩西渡，副將睢金城、喻有才等人戰死。
不久，徐文秀部開炮炸裂對岸的一座炮壘，牽船急渡，但因水流太急，終於無法橫渡。徐文秀請求繞道狄道渡過洮河，奔赴黑山頭，以橫搗三甲集。左宗棠對他的計劃深以為然。可是，左宗棠發現黑山的回民軍壁壘太多，仰攻須費時日，而洮河上遊的清軍兵單，擔心回民軍乘虛偷渡，便命令徐文秀部不要繞道。
這時，王德榜和朱明亮來到左宗棠軍營，總理營務。左宗棠令他們率領二千兵力，從狄道渡過洮河，會同楊世俊所部奔向八羊溝，又令徐文秀、劉明燈兩部修築浮橋，等到王德榜部抵達八羊溝，便在東岸列隊渡河。
王德榜、朱明亮部順利渡過洮河，他們觀察地勢，發現隻要占據石鼓墩，便可左攻黑山頭，右扼邊家灣。11月17日淩晨，二將指揮部隊在石鼓墩上修築兩座壁壘。天明時，回民軍主力來攻，東岸的徐文秀見友軍已經占據石鼓墩，急忙架橋截流，渡到河西。回民軍連忙撤圍，奔赴邊家灣，協助防守。朱明亮率部從石鼓墩山上衝壓而下，立刻攻破邊家灣壁壘。徐文秀和劉明燈部移駐西岸。
傅先宗部攻打黑山頭，徐文秀等部攻打鄧家灣。一萬多名回民軍從三甲集趕來增援，徐文秀分兵阻擊援軍，同時加緊攻擊壁壘，到黃昏時終於攻破，增援的回民軍也大敗而歸。於是，清軍騎兵沿岸掃蕩，步兵上山追擊，從鄧家灣到三甲集，附近的堡寨全部攻破。傅先宗部也攻破黑山頭的回民軍兵營，追逐幾十裏，急殺大批回民軍。
傅先宗部進駐三甲集背後，派敖天印、王銘忠部接連攻破三甲集以西的莊堡。王德榜等部從黑山南進三甲集前方，楊世俊部也攻破了胭脂、三川的各個軍營，趕來會師。清軍大舉進攻，回民軍憑牆守禦，發炮擲石。清軍各部冒險猱攀而上，從淩晨5點打到下午3點，從四麵登牆，擊殺幾千人。馬占鼇奪門而逃。
清軍掃平三甲集，合兵進攻大東鄉。從山口、甘坪到大貝坪一線，回民軍修築了幾十座壁壘。清軍各部分路猛攻，將所有壁壘全部攻破。各部會攻大東鄉，山口守軍望風而退。敖天印所部留守穀口，作為援應，各部陸續推進二十裏。這時，回民軍的伏兵從四山殺出，清軍拚死抵抗，敖天印聞警，急忙沿穀口殺入，兩下夾擊，清軍各部才安全撤離。