籌兵、籌餉、籌糧、籌轉運，對西北軍事都是極為重要又極難的事。籌兵難，因為西北本來就人丁稀少，加之多年戰禍，死亡慘重，兵源更其缺乏。在陝甘，除本地兵外，還要靠川、鄂、黔、湘等外省的兵；新疆則要靠錫伯、索倫、察哈爾、蒙古等各族、各地兵種，係統紛繁，指揮不易，左宗棠這次到西北來，除了老湘兵外，還率領了張曜、金順、徐占彪等各地方部隊，基本上解決了兵源和統一指揮的問題。 籌餉比籌兵更難。西北一向是貧困的地方，平時還要靠內地財政接濟，經過多年的戰急破壞，農業歉收，物價高漲，軍費更無從籌措。而東南各富庶省分，經太平軍多年戰爭，自身財力也很支絀。所以西北雖有了可用的兵，卻付不出餉。左宗棠隻能依靠清廷的支持，和在東南各省當權的舊友、同事的幫助。後來在進軍新疆時，甚至還必須借外債，總算獲得了一定的餉源。
籌糧又更難於籌餉。光有了錢不行，幾十萬大軍是要吃飯的。西北農業不發達，土地幹旱，本來糧食就不夠吃；兵荒馬亂之後，連當地人民也吃不飽，更不用說供應數十萬大軍了。所以軍糧須從內地運來。
糧食怎樣運到陝甘呢？西北既不通舟楫，當時又沒有鐵路、公路，地廣人稀，到處是高山、深溝、沙漠、荒原，運輸工具主要靠車馱。沙漠隻能行駱駝，駱駝在夏天還要歇廠。顯然，轉運糧食比籌糧又更難。
左宗棠在年輕時就已認識到西北籌糧運糧的困難，曾寫過：“囊駝萬裏輸官稻。沙磧千秋此石田”的詩，如今身臨其境，總算經過精密的籌算，製定了一套運糧、用勞力、用馱口的辦法，基本上解決了運輸的困難。
左宗棠重視運糧工作，當時在陝甘軍中流傳一則有趣的故事，說他“行軍以運輸第一，獨對
運夫重視”，稱運夫為老大，百姓為老二，他自稱老三，因為他在家中行三。一天行軍途中，一名運夫從田地中拔了一個羅卜解渴，農民見了不答應，爭吵起來，到左宗棠馬前告狀。宗棠笑對老百姓說：“你是老二，應敬老大。區區一蘿卜，不值得爭吵。老三替老大還錢給你好了。”本來左宗棠部隊軍紀是很嚴的，這次宗棠看在“老大”份上，代償還了錢，也沒有責罰運夫。
左宗棠還認為，自古在邊塞用兵，不在多而在精。兵精而少些，餉、糧、運都比較容易解決，因此決定采取精兵政策。
他的這些認識是十分重要的。過去西北的高級官員不懂這些道理，或是認識到了而沒有解決辦法，因而軍事上遭致失敗。他不僅認識到，而且經過周密研究和籌劃，采取了相應的對策，這是獲得成功的原因之一。
兵、餉、糧、運的困難解決了，入甘的大軍於是展開對回軍的全麵攻擊。大將劉鬆山的先頭部隊，首先遇到的第一個堅固堡壘，是馬化鴇踞守的金積堡。
馬化鴇是一位有才幹、有計謀的回軍領袖，他擁有大量槍械馬匹。金積堡地處險要，本地官兵不是他的對手。馬化鴇對付清軍采取的是兩麵手法：麵對強大的清軍，他就表麵求“撫”，而在有利時機和地點，又乘其不備，襲擊官軍。他與占據在南麵董誌原的陝西回軍關係密切，由於陝回軍比甘回軍強，他想擁陝回軍以自重。當西征軍迅速攻下了董誌願後，馬化鴇收容了由董誌原逃來的陝回軍，供給他們馬械，使其抗拒清軍。劉鬆山的部隊和陝回軍在郭家橋初次接戰，打了一次勝仗。馬化鴇立即向穆圖善、安定等替陝回軍求“撫”，並說這次回軍抗拒官軍，是劉鬆山挑起的。穆、安本來都是主“撫”派，盡管他們吃過回軍的虧，也知道馬化鴇不可信，但抱著得過且過的心理，又收了馬化鴇的賄賂，加之對朝廷派左宗棠大軍入陝甘，正惴惴不安。他們二人就上急奏，告劉鬆山一狀，說他輕進濫殺激變，這也是告左宗棠。清廷又懷疑了，命左宗棠如實奏報。
馬化鴇請“撫”其實沒有誠意。當左宗棠大軍入甘後，他也曾派人向左宗棠請“撫”，左宗棠告知他剿撫本無成見，隻要誠心求“撫”，自然是歡迎的。他也聽到馬化鴇的兩麵手法，命令部隊暫時停止前進，注意察看馬化鴇求“撫”是否真實，看看他和陝回軍的聯係如何。馬化鴇本以為自己地處險要，清軍不能深入，一方麵暗中使陝回軍抗擊清軍，一方麵坐觀成敗，窺視清軍強弱。回軍在郭家橋戰敗後，他大為震動，再次派人到劉鬆山營中，代陝回軍求“撫”。劉鬆山命他交出馬械，他又不肯交出，隻拿了少數瘦馬朽械敷衍塞責，同時修固堡壘，挖掘壕塹，開掘秦渠，積極備戰。又密遣部將馬萬春督促陝回軍將領楊文治、禹得彥等攻擊固原境的清軍。金積、吳忠兩堡的回軍也向劉鬆山部隊出擊。清軍一連打了幾次勝仗，劉鬆山部隊攻克了金積堡東北馬家等寨，搜出了馬化鴇給部下參領馬重三、吳天德等的劄子，命他們糾黨抗拒官軍，自署“統理寧郡兩河等處地方軍機事務大總戎”。左宗棠於是上奏，為劉鬆山辯明真象。他稱讚劉鬆山“忠勇而明方略，當時諸將，實罕其匹”。因為劉鬆山是曾國藩老部下，又在奏中稱讚曾國藩善於用人，說：“臣與曾國藩議論時有不合，至於拔識劉鬆山於凡眾中，信任最專，其謀國之忠，知人之明，非臣所及。”
朝廷收到左宗棠奏報後，認為馬化鴇擅授官職，抗拒官軍，反清的真跡敗露，下諭旨說： “回目馬化鴇既給與馬重三偽劄，是其狂悖之情業已敗露，而求總兵胡昌會保其永不反複，並代陝回甘言求撫，前後兩歧，殊難憑信。著左宗棠嚴飭劉鬆山乘此聲威，迅圖打蕩，不得輕率收撫，轉遂奸謀。” 同治九年（1870年）正月，劉鬆山率軍圍攻金積堡。一次在附近馬王寨前親自督戰，被寨前飛炮擊中左胸。部將爭來看他，他說：“現在作戰要緊，不要管我，你們都跑來，會搞亂隊伍。”命他們繼續猛攻。將士們在氣忿之下，一鼓作氣，攻破了馬王寨。但是劉鬆山於當日傷重死去。
左宗棠喪失了一員大將，就命劉鬆山的侄兒劉錦棠接管老湘軍。劉錦棠本來是軍中的副手，
雖然年輕，但很有才幹。他竭力穩住了陣腳，然而劉鬆山之死畢竟造成了全軍的震動。雷正綰、周蘭亭、張福齊等幾支軍隊同時潰敗，傷亡慘重。馬化鴇知道劉鬆山被擊斃，清軍潰敗，就命回軍大舉反攻，包圍了劉錦棠固守的吳忠堡和預望城，又誘使各地已就撫的回軍叛變，一時甘回和陝回軍攻占了陝甘邊境定邊、讃州等許多縣城，全局大震。清朝廷又嚇慌了，下嚴旨責備左宗棠督師不力，並命令李鴻章率領黔軍入關督剿。
李鴻章十分不願去西北，他很有自知之明，對西北情況懵無所知，又缺乏決心與勇氣，也不耐受西北邊荒的艱苦生活。接到廷旨後，反複籌思，著實苦惱了一陣。他寫信給曾國藩求助，說：“即懵懂西去……於西事無所補益。午夜旁皇，不知所措。”在恩師麵前暴露了他的苦悶。他給友人的信也說：“鄙人於西北形勢生疏……冒昧前去……實不能自了……西事萬難結局。” 盡管李鴻章對西事畏而卻步，旁皇不知所措，但諭旨既下，也隻得遵旨前往。他於六月到達潼關，這時湘軍已穩住了局勢，回軍攻不下吳忠堡和靈州，入陝回軍也紛紛敗退。恰好在天津發生了一起引起全國震動的教案，清廷看到左宗棠已掌握了陝甘局麵，就命李鴻章回京，協助曾國藩處理天津教案。
左宗棠的軍隊開始向金積堡合圍，馬化鴇已處於被動地位，他仍然反反複複，一麵堅守，看到形勢不利，一麵又求“撫”，請求讓他們春耕。左宗棠同意讓回民出堡春耕，也答應辦“撫”，但仍然責令交出全部馬匹、軍械，馬化鴇卻又拒不交出，還在堡前修長壕，引渠水入壕以阻擋清軍。這樣又相持了幾個月。是年十月，左宗棠到西北已兩年了，金積堡仍未攻下。清朝廷又嚴旨批評左宗棠，話說得很厲害：“似此年複一年，費此巨帑……該大臣捫心自問，其何以對朝廷？”
金積堡確實是一座堅固的堡壘，城周長9裏多，高約4丈，深厚約3尺。堡內牆壁縱橫，渠水環複。堡外又有許多衛星堡寨、關卡，東自吳忠至靈州，共有450餘所；西自洪樂老馬家寨至峽口，共120餘所。堡內儲存大了量槍炮、糧食。馬化鴇準備戰事已有多年，他是新教主，因乾隆年間新教被清朝廷禁滅，新教主馬明心和蘇四十三伏誅，馬化鴇對清廷的仇恨極深，因此抵抗堅決，不肯輕易就撫。這次被圍困10個月，清軍節節進逼，馬家堡寨絕大部分被攻占，堡內已支持不住。到了年底，首先是逃來的陝回軍陳林率領老弱回民8000餘人出壕求“撫”，劉錦棠接受了他們的要求，命他們將堡寨平了，仍在原處居住。不久，王洪寨也平了堡寨請“撫”。馬化鴇看到形勢孤單，“撫”已成定局，於是隻得請撫。他知道和清廷結怨已深，自請以一身抵罪，要求寬待其他族眾。