阿古柏得知清军西进的消息，急忙布置防御，令马人得，马明、白彦虎等分守乌鲁木齐、昌吉、呼图壁、玛纳斯、古牧地等地，阻止清军南下；主力部署在吐鲁番和托克逊，阿古柏本人在托克逊督战。其总兵力约4万人。

1876年7月，刘锦棠率所部各营到达巴里坤，并进驻古城，7月底与金顺部在济木萨会合，谋攻古牧地。8月中旬，清军进扎古牧地城东和东北，用开花大炮轰塌坚固的城墙。8月17日，清军经过数天激战，占领古牧地，歼敌近6000人。

左宗棠

刘锦棠从缴获的敌方信函中得知乌鲁木齐守备空虚，决定除留两营兵力守古牧地外，主力迅速向乌鲁木齐挺进。8月18日黎明，清军出发。守卫乌鲁木齐的马人得、白彦虎未料到清军行动如此迅速，一闻炮声，即弃城向达坂方向逃跑。清军收复乌鲁木齐、迪化州城及伪王城。盘踞昌吉、呼图壁与玛纳斯北城之敌如惊弓之鸟，未等清军进攻即弃城而逃，只有玛纳斯南城之敌负隅顽抗。从9月2日始，清军金顺部会同刘锦棠部，伊犁将军荣全等部猛攻玛纳斯南城，11月6日攻克。至此，北疆地区除伊犁外，所有敌占点全部克复。此时冬季来临，大雪封山，不便于大规模的军事行动，清军决定暂停进攻，进行休整，待春天到来再向南疆进军。

收复南疆的部署，左宗棠根据敌方情况于1876年11月初即已拟定，阿古柏在达坂、吐鲁番、托克逊三城部署重兵，加强防守，其本人则坐镇喀喇沙尔指挥。左宗棠针对这一情况，提出了三路并进的作战方案：刘锦棠、广东陆路提督张曜、记名提督徐占彪各部克复达坂、吐鲁番、托克逊三城，打开南疆门户，然后乘胜西进，收复所有失地。具体部署是：刘锦棠部由乌鲁木齐南下攻达坂城，为北路；张曜部由哈密西进，为东路；徐占彪部出木垒河，越天山南下，为东北路。张、徐两部协力攻取吐鲁番，得手后，立即攻托克逊。

1877年4月14日，清军经过几个月的充分准备，开始向南疆进军，刘锦棠率主力1万余人及开花炮队由乌鲁木齐南下，16日进至达板外围，乘守敌不备，迅速完成对该城的包围。4月18日，清军打退增援之敌，在达坂域外增筑炮台。4月19日，炮台筑成，清军用开花大炮轰塌城中大炮台、月城和城垛，击中敌弹药库，敌军死伤甚众，企图突围，被清军截杀未逞。敌守军在清军强大攻势面前只得投降，达坂城遂克复。这一战，清军共击毙敌军2000余人，俘敌1000多人。

与此同时，张曜部和徐占彪部在盐池会师后，于4月21日克七克腾木，22日克辟展，25日克胜金台，向吐鲁番挺进。4月26日，刘锦棠部攻克托克逊。随后，张、徐二部在罗长祐部湘军协助下收复吐鲁番。至此，清军三路并进，未及半月即收复三城，为彻底打败阿古柏创造了条件。南疆人民纷纷起义，反对阿古柏的反动统治。阿古柏见大势已去，于5月下旬逃至库尔勒自杀。其子伯克·胡里在喀什噶尔称王，继续顽抗。