為了紀念收複新疆死難的將士，劉錦棠在烏魯木齊建立了一座昭忠祠，他請左宗棠寫了一副對聯：
日暮鄉關何處是？
古來征戰幾人回！
聯語是集的兩句唐詩，上聯是崔顥題《黃鶴樓》末聯的首句，下聯是王翰《涼州詞》的末句。雖然是集句，卻信手拈來，渾然天成，將沙場戰士忠心報國卻又思念家鄉、親人的悲壯、淒涼的情景，描寫得淋漓盡致，氣象萬千；也反映了左宗棠此時的心情，頭白臨邊，日暮途長，伊犁尚未收複，曾紀澤正在俄京交涉，前途未卜，他亦何嚐有生還的希望。
當左宗棠抵達哈密後不久，駐英法大臣曾紀澤也從倫敦到了聖彼得堡，開始與俄政府談判。左宗棠到哈密的主要任務，是為武力收複伊犁作準備，他定下了三路收複伊犁之策，積極調兵遣將，籌糧籌餉，又在科布多到古城一帶增設台站，調新來各營設防巴裏坤、古城一線。俄國人看到清軍前線調動繁忙，又聽說左宗棠已到新疆，也派兵增援伊犁，還揚言要派兵船來中國，封鎖遼海，一時前線箭拔弩張。但是左宗棠是以武力作為曾紀澤外交談判的後盾，他仍在靜觀談判結果，俄國人也不敢貿然動武，所以伊犁前線處於相持狀態，暫時平靜無事。 雖然西線無戰事，但既到了新疆，就有許多工作要做。左宗棠在青年時期就關注西部邊疆，22歲（1833年）賦出“西域環兵不計年”的詩，還提出“置省尚煩他日策”的期望。他研究過龔自珍關於新疆建省的意見，雖然認為龔自珍未親到新疆，不了解該地山川形勢，所以建議有許多錯誤，但建省之說卻是不易之論。五十年後，他以督辦新疆軍務的欽差大臣身份來到新疆，第一件要辦的事，就是積極籌備新疆改建行省。光緒三年六月十六日，南疆尚未收複，他上奏清廷：“為新疆劃久安長治之策，紓朝廷西顧之憂，則設行省，改郡縣，事有不容已者。”次年正月，南北疆底定，他又上疏，認為“新疆改設行省，事關西北全局”，建議即召開廷臣及各省督撫會議。十月，他又一次上疏，詳細陳明必須改行省的理由，清政府對新疆一直是實行軍事管製的辦法，“治兵之官多，治民之官少”，中央不幫助地方，派去的官員和地方頭目等不關心人民疾苦，卻魚肉人民。以致新疆多年來地方蔽塞，生產凋零，農牧不振，文化教育落後，人民生活極端貧困；必須改行省，才能收長治久安之效。而且目前“天時人事，機會正好”，改行省的條件已成熟，“失今不圖，未免可惜”。光緒六年（1880年），在他來哈密的前一月，又上疏請開設行省，先簡派督撫大臣前來執政，還擬了一份建置大略。清朝廷對他的曆次建議不很積極，這次回答說：“待伊犁收複後再定議。”伊犁收複後，又拖了好幾年，直到他去世前幾個月，新疆改省才終於實現。現在看來，改建行省，對於維護西部領土的完整，新疆各族人民的安定團結和社會繁榮，是多麼重要！
新疆在敵人盤踞之下十餘年，又經戰亂，百廢待興。左宗棠提出了七大項善後事宜：修浚河渠，建築城堡，廣興屯墾，清丈地畝，厘正賦稅，分設義塾，更定貨幣。
道光二十九年（1849年）左宗棠和林則徐在湘江舟中，曾談論新疆，林則徐告訴他，應興修水利，廣種稻田。三十年後他經過實地考察調查，決心繼承林則徐的遺願，首先開發水利和農業。他計劃在哈密修石城子渠，迪化州修永豐、太平二渠，鎮西廳、安順、綏來、奇台等縣都要修渠；吐魯番除修渠外，還要開鑿坎兒井185處。坎兒井是當地人民創造的、適合炎熱幹燥氣候的地下水源，林則徐在新疆時曾大力提倡，還有所發展。後人稱之為“林公井”，與“左公柳”齊名。
新疆到處都有桑樹，本地人取桑葚代糧食，也用於釀酒或作藥材。除了和闐等少數地區外，都不知道養蠶織絲。左宗棠命在南北疆各地設立蠶桑局，本地桑苗不夠，派員到江浙采運，在各地廣種桑樹；又到湖州募雇了60名養蠶專業人員，分赴各地教人民種桑、養蠶、煮繭、繅絲、織造等，一時間蠶業大興，生產出了各類絲綢產品。左宗棠認為這是富民之法，對國家也有好處，高興地說：“把浙江的桑移植於西域，實是在開辟了奇跡，古今之美利。不是書呆子，決幹不了這種事情。”有一位荊紫關轉運分局委員瞿良份（敬庵），擅自截留了一批西運的桑秧，分發附近各州縣種植，左宗棠對他自作主張不滿意，但對他重視在西北推廣植桑，卻又很高興，引為同道，認為瞿良份大概也是一個“書愚”吧。
左宗棠帶給新疆人民的除了蠶桑外，還有南方的蔬菜和內地的其它東西。民國初年曾到新疆遊曆的謝彬寫了一篇《新疆遊記》。他到哈密時，哈密副將馮桂臣設筵招待，席上有一盤燒鯽魚，馮桂臣告訴他，是左文襄公西征時帶來的魚種，還帶來湖南盛產的鱔魚，可惜當地人以為是蛇，不願吃，因而沒能推廣。
在文化教育方麵，左宗棠為各地少數民族兒童辦了許多義塾，教讀《千字文》、《三字經》以及六經等，讓各族人民識漢字，以消除民族隔閡，也便利各族人民的工作，還可參加科舉考試。維族兒童父兄都以送子弟讀書為榮。官軍刊布的文件一般中間為漢文，旁注維文，很受人民歡迎。
新疆市麵使用的錢幣是阿古柏發行的天罡錢，成色低劣，造成市場混亂。左宗棠命蘭州機器製造局製造新式銅模，由張曜督局試製一批銀幣，用銀片捶成，每枚重一錢，外圓內方，在市麵流通，因為成色足，又不易假造，很受人民歡迎。
左宗棠又在荒地大興屯墾，對各府、州、縣建製也大力整頓。但是對原設維族官職，如阿奇木伯克、伊什罕伯克等，則仍維持不變，依舊用維族人治理，對於辦理得力的，予以獎勵、升遷，發現維官欺壓維民，即予以懲力，因此維民都十分感服。
當左宗棠正在新疆忙忙碌碌，一方麵辦理善後、建設工作，一方麵在前線積極備戰時，俄國
人一直在觀察清政府的態度，而且密切注視左宗棠和西征軍的行動。當他們得知曾紀澤已奉命來俄京改訂條約，西征軍準備以武力配合收回伊犁時，深恐到手的利益又失去，就對清政府采取威嚇訛詐的手段。一方麵俄國駐華代辦凱陽德揚言：“俄國不該讓的就決不讓，愈讓愈不好，俄國並不是沒有力量。至於條約中國批準不批準，俄國全不在乎。”一方麵在西北和東北顯示武力，除了在伊犁增加兵力達1.2萬人，扼守納林河一帶，還在費爾幹省增駐5000人軍隊，威脅喀什噶爾。又在黑龍江以北、烏蘇裏江以東增派軍隊，作出入侵吉林、黑龍江的姿態。另外又從黑海調來一支由20餘艘兵船組成的艦隊，在黃海一帶巡遊，揚言準備封鎖中國海麵。氣氛緊張，中國沿海也加強了戒備。
俄國人的威嚇手段收了效，本來就遊移不定的清朝廷慌了手腳。加之有一個英國軍人戈登，就是當年幫助清軍鎮壓太平軍的“洋槍隊”頭領，應李鴻章之聘來北京“調停”伊犁問題，實際李鴻章是請他來幫他說服清廷投降的。他到天津後，首先與李鴻章密談，然後威脅說：“如果中國要作戰，就當把北京的近郊焚毀，政府檔案和皇帝都得搬到內地去，還需要準備作戰五年。”消息傳到京師，朝廷王公大臣更加恐慌。
光緒六年（1880年）五月十四日，清朝廷召開緊急會議，討論伊犁交涉的對策。那時文祥已去世，投降派李鴻章的意見占了上風，連平時主戰的工部尚書翁同騄、南洋大臣兼兩江總督劉坤一等都讚成委曲求全，與俄國妥協。清廷便在十九日發出上諭，決定寄希望於談判，實則是放棄用武力收回伊犁的計劃。俄、英、法、美、德等國趁此對清政府懲辦崇厚一事提出抗議，清廷屈從西方壓力，減免了崇厚的死刑，改為“權行監禁”。英俄之間和各列強之間雖有矛盾，但在侵略、壓迫中國時，西方列強總是采取一致的態度。他們唯恐中國人在新疆打敗俄國，這頭“睡獅”醒了過來，對他們瓜分中國的企圖不利。
清朝廷決定妥協，還必須壓製主戰派，唯恐左宗棠不受節製，在新疆貿然動武。七月初六日下了一道詔書，立即將他調回京師。詔書說：
“左宗棠現已行抵哈密，關外軍務，諒經布置周詳。現在時事維艱，正須老於兵事之大臣以備朝廷顧問。左宗棠著來京陛見，一麵慎舉賢員堪以督辦關外一切事宜者，奏明請旨，俾資接替。”
左宗棠接到詔書後，十分氣忿，但又無可奈何。他是五月到哈密的，七月就頒詔調回，明明是出爾反爾，政策有了重大變化。他深知朝廷上了敵人虛張聲勢的當。他對俄國情況有一定的了解，他偵得的情報，俄國去年天災，糧食缺乏，又剛剛結束與土耳其的戰爭，財政枯竭，國內也不安靖，目前不可能以全力對付中國，隻是虛張聲勢，即使在新疆作戰，它也不可能取勝。他給兒子的信中說：“西北布置已有條理，俄意欲由海路入犯，而在事諸公不能仰慰憂勤，虛張敵勢，殊為慨然！我此次回京之行，本不得已。”他給將領們的信中，對和議結局深感憂慮，慨歎說：“俄事尚未定議，而先以兵船東行，為恐嚇之計；謨謨諸公便覺無可置力，國事混淆！計抵京時，錯將鑄成矣，為之奈何！?”