朝廷中议论海防、塞防之争的大臣大多认为，自清高宗乾隆帝平定新疆后，每年驻防要花军费数百万两，实在是一个无底洞，现在又要竭尽全力供给西征军，可以说是一种失策，应该按照英国人的议论，允许阿古柏独立成为中国的藩属，这样可以停止西征，集中全力筹办海防。李鸿章全力主张这一点。李鸿章借口“海防、西征，力难兼顾”，认为“新疆不复，于肢体之元气无伤”，而海疆不防，则心腹之患就会愈益严重，要求停止西征，“即匀作海防之饷”。在李鸿章的带头鼓噪下，“边疆无用”论、“得不偿失”论甚嚣尘上。刑部尚书崇实上奏，居然说新疆即使收复，也“万里穷荒，何益于事”。这一派人名义上力主“海防”，实则是以李鸿章为首的淮军官僚借此打击左宗棠，以扩大本集团的势力。
1875年4月，左宗棠上了一道约5000字的奏折，力排众议，详细论述了收复新疆的必要性。他首先肯定了应“东则海防，西则塞防，二者并重”，然后分析了当时形势，进而反驳说：“陕甘新近平定，不乘此时机及时收回过去国家失去的土地，而把它割弃让其另外建立一个国家，这是自找麻烦。万一阿古柏政权不能守住新疆，不是西被英国人并吞，就是北被俄国人收入版图。这等于是坐在家里把国土送给别人，把边关要地丢失。边防兵员不可减少，军饷应照常开支。否则不但无益于海防，而且会挫伤国威，造成祸乱。”
左宗棠的主张得到了军机大臣、总理各国事务大臣文祥的支持，他认为必须刻不容缓地进行新疆战役。文祥为左宗棠争辩说：“倘西寇数年不剿，养成强大，无论破关而入，陕甘内地皆震；即驶入北路，蒙古诸部落皆将叩关内涉，则京师之肩背坏。”文祥相信，左宗棠的军队在甘肃受过战争考验，能在新疆打胜仗。
面对左宗棠力主收复新疆的建议，慈禧太后心里没底，询问左宗棠：“需时几何？”左宗棠的答复是：“剿抚兼施，一了百了，得五年时间。”慈禧太后对左宗棠的“一了百了”四字十分欣赏，对左宗棠敢于承担责任的勇气尤为赏识，清廷最终决定收复新疆。而征战新疆的重任，自然也就落在了胆识、魄力和信心过人的左宗棠身上。
胡雪岩帮忙借钱
清廷出于自身安全的考虑，才最终下定决心，把新疆军事托付给左宗棠。1875年2月，清朝政府任命左宗棠为“钦差大臣，督办关外剿匪事宜”，授予他筹兵、筹饷和指挥军队的全权。
尽管清廷给予左宗棠的职权是负责从关内筹解粮饷以达古城，但左宗棠仍为谋略新疆积极献计献策。
新疆战事的物质准备，要难于陕甘之战千百倍。出关作战，战线长达数千里，沿途要跋涉沙漠，翻越天山，军粮的筹集和运输都相当困难。左宗棠把主要精力放在了筹粮、筹饷、筹转运之上，尤其重视节兵裕饷。
左宗棠认为景濂“以科布多、乌里雅苏台采粮一石，运至古城需银十余两，劳费多，停止之”，而“奏请出关粮料，应由关内接济”的做法是不妥的。其实，从关内运粮至哈密，每石“已费银十一两有奇”，再“由哈密至巴里坤、古城又千余里，均责关内转挽接济，是西师永无见贼之日矣”。因此，左宗棠对景濂只派前锋抵古城，按兵不动，且留主力于肃州、安西，“观望不敢继进”的所作所为是不满意的。左宗棠上奏陈述了他对出关之师粮饷转运和设立粮台的看法。他说：“军行粮随，移台之举自不容已。……西疆地形，以天山为界，划分南、北两路，哈密全部介居其中：由哈密北行，迤而西，历巴里坤、古城、乌鲁木齐各城，达伊犁，为北路，准部旧地也；由哈密西行，历辟展、吐鲁番、库车、阿克苏各城，达喀什噶尔，为南路，皆回部错居之地。”因此，景濂进军北路，不宜在肃州设粮台，而应在科布多、乌里雅苏台设粮台以供支北路之军。他认为“应顶为筹措，厚其储峙，备支应续进之军”。左宗棠的这一建议未被清廷采纳，他只能“实力筹办，力任其难”。
1874年，张曜率先头部队进驻哈密，就依左宗棠之令关外屯田。张曜军兴修水利，屯垦戍边，每年收军粮几万石。
粮食是有了，接下来的问题就是运输了。对于关边万里、地形复杂、交通不便的西北地区来说，长途运输是件非常麻烦的事情。从甘肃武威至酒泉900里，酒泉至嘉峪关玉门360里，玉门至安西又是200里，再到哈密，一共3000来里。光是安西至哈密的十一站路，千里之遥，全是戈壁，一无粮，二无安居之民，三无可使用的骡马，四无可用的车辆。军粮要费大力气从远地运到酒泉屯足，然后再费更大的力气从更远的地区转输供应。西出阳关，不仅无故人，而且无故道。人粮、驼粮、马粮的沿途消耗是所运粮的两倍。一石粮运到哈密，要耗去两石粮。左宗棠向当地老乡打听，虚心向长途跋涉的商人求教，终于找到了到归化、包头以及宁夏的一些地方去购粮，然后用骆驼运送，走北路，跨草原，直接运往巴里坤。为了辗转运送粮食和军火，左宗棠曾一次雇用了5000辆大车、29000峰骆驼和5500头驴骡。
在军需物资的供给方面，左宗棠也作了妥善安排。他在上海设立采办转运局，依靠胡雪岩购运枪炮、弹药，筹借外债；在汉口设后路粮台，转运上海军需；在西安又设一个总粮台和一个军需局。1870年创设的兰州制造局和1875年建立的兰州火药局，就近为他供应军火。
筹粮、筹运难，筹饷更难。清政府的财政已是艰难竭蹶，要打仗却拿不出钱。左宗棠一年的军费支出约需银800多万两，实际只能收到500多万两。
为摆脱窘境，他上书朝廷请求举借外债以充军费。在胡雪岩的斡旋下，1877年终于从英国汇丰银行借到500万两，分7年偿还，以广州、福州、上海和汉口的海关收入作抵押。另外，清政府从户部的海关税中拨出200万两，并命各省限期3个月尽先解银300万两，才解决了军费的难题。
除了以上的准备工作，左宗棠还通过整顿、集训、改善武器装备来提高部队的战斗力，为出征新疆作好了充足的准备。为保卫新疆战争的胜利打下了基础。
经过近一年的积极备战，左宗棠于光绪二年二月二十一日（1876年3月16日）离开兰州西进，三月十三日（4月7日）抵达肃州（今酒泉市），就近指挥收复新疆的战略决战。
为了收复新疆，清军在西北地区集结了一百四五十个营，总兵力约7万人，先后投入第一线的计80多个营，近4万人。1876年夏季，左宗棠拉开了驱逐侵略者、收复新疆的战斗帷幕。
攻克乌鲁木齐
左宗棠在战前对敌情作了认真细致的调查研究。他分析了敌我双方的战略形势，向所部将领指出：新疆幅员辽阔，城市之间的距离三百、五百以至相距千里之遥。“千里馈粮，士有饥色。”因此，他制订了“缓进急战”的战略方针，即一个战役到另一个战役之间，要有充分的时间作准备，如将粮料弹药运储前沿阵地；千里跋涉，部队也须休整，所以大军前进要“缓”。一旦部队前进发动战斗，则前进要快，应以优势兵力迅速结束战斗，避免屯兵坚城。
左宗棠规复新疆的第一个战略目标是进取北路乌鲁木齐、玛纳斯二城，重点是攻克乌鲁木齐。
新疆北路被阿古柏匪帮侵占后，原陕西回军的首领白彦虎从甘肃逃至新疆投入阿古柏的怀抱，成为民族败类。阿古柏盘踞南疆，在北疆则委派所谓的乌鲁木齐阿奇木伯克马人联合白彦虎代行其统治，据有乌鲁木齐和玛纳斯等城，其主要兵力集中于乌鲁木齐东北面的古牧地。
他以刘锦棠部25营作为进攻乌鲁木齐的主力，由金顺拨军协同作战，以张曜等部严守哈密至奇台一线，巩固后方。指示刘锦棠打仗须从要害入手，先取古牧地、红庙，则乌鲁木齐犹如囊中之物。
1876年8月12日，清军逼近古牧地，分扎城东及东北。次日清晨，阿古柏派往北疆的数千骑兵从红庙来援，古牧地守敌则已在城东及东北山地筑垒，加强了外围防御。据此，刘锦棠决定先扫外围，而后再攻坚城。他当即命余虎恩、黄万鹏等率骑兵奔赴山前监视敌人；命步兵分别攻取山垒和南关；命炮兵筑造临时炮台，配合步兵轰击据守山垒和南关之敌。
战斗打响后，清军步骑兵在炮兵配合下，勇猛冲入敌阵，很快占领了山垒和南关，扫清了古牧地外围据点。守敌退入城中，阿古柏派来增援的骑兵则向南逃窜。
刘锦棠与金顺策马巡视古牧地，知敌守备甚严，必须强攻，遂令各营四面包围敌人。8月15日，炮台全部竣工，刘锦棠令谭拔萃率千总庄伟等用开花大炮轰塌东北面城墙，并对准缺口连续轰击。
8月17日黎明，炮兵轰开南门，后续部队迅速挖土填沟，涌入城中，与敌展开巷战。这时，金顺部亦从城东北入城，两军正好呼应。守敌大部被歼，少数由缺口逃出者，亦被伏击。守城头目王治、金中万及阿古柏部将多人被击毙。
清军攻克古牧地后，缴获了王治、金中万给乌鲁木齐的求救信一封，信上说：“乌城精壮已悉数遣来，现在三城（指乌鲁木齐、迪化州城及妥明所筑之伪王城）防守乏人，南疆之兵（指阿古柏军）不能速至，尔等可守则守，否则退回乌城，并力固守亦可。”
刘锦棠得此重要情报后，当机立断，决定抓住时机乘虚蹈隙，除留下两营扼守古牧地外，率领大军于8月18日黎明急速向乌鲁木齐挺进，途中不战而下七道湾堡。
行至距乌城十里处，侦骑探报乌鲁木齐守敌正纷纷向南逃窜。刘锦棠当即命余虎恩率骑兵三营、谭拔萃率步兵四营由左路追击，命黄万鹏率骑兵一部、谭上连率步兵四营由右路追击，命谭慎典等率步兵三营向乌城急进。
白彦虎带领残部向南疆逃窜。刘锦棠乘势于八月二十九日（10月16日）直捣乌鲁木齐。阿古柏所遣援军5000骑行至达坂城时，闻乌城已失，遂止。这样，被左宗棠视为新疆关键的乌鲁木齐回到了祖国的怀抱。刘锦棠、金顺会同署伊犁将军荣全派兵于九月二十一日（11月6日）又乘势克复玛纳斯城。阿古柏匪帮在北疆的势力被全部驱除。
逼死阿古柏
左宗棠在乌鲁木齐克复后，即筹划进军南疆的第二步战略计划。他一面拟商金顺布置各城堡要隘和善后事宜，一面“咨调张曜、徐占彪会同刘锦棠进规南路”。他认为：“不得乌鲁木齐，无驻军之所，贼如纷窜，无以制之，不仅陕甘之忧，即燕晋、内外蒙古将无息肩之日。”
在认真分析了南疆的局势后，左宗棠指出：“安集延酋帕夏已派贼骑五千，合乌垣、红庙逸去之贼，踞乌垣南二百余里之达坂城即噶逊营，以拒官军。帕夏自踞托克逊，筑三城为犄角，与其悍党守之。”白彦虎窜入托克逊，阿古柏“待之甚倨，并勒其随行贼众剃发易服，傍三城以居”。“察度南路贼势，守吐鲁番者拒哈密官军，守达坂者拒乌垣官军，皆所以护托克逊坚巢也。而达坂、托克逊，尤悍贼麇（qún）聚之区，贼骑皆多至数千，守御甚固。”因此，集中兵力击破吐鲁番、达坂、托克逊这三城所形成的犄角防线，才能进兵南疆，痛歼阿古柏的主力，这样才能为收复喀什噶尔、英吉沙尔、叶尔羌（今莎车县）、和田、阿克苏、乌什、库车、喀喇沙尔等“南八城”打开通道。
左宗棠认为，“缓进急战”的战略战术是规复南疆行之有效的策略。这是他在对南疆的敌情进行分析研究之后得出的结论。他告诫刘锦棠在北路肃清，“屡胜之后，尤宜慎宜加慎，勉力图维，断不可掉以轻心，致贻后悔”。他不同意刘锦棠提出的在克复乌鲁木齐后急于进攻南路的建议，指出：“所议会师进规南路八条，可采者多，已分别咨行照办矣。唯用兵之道宜先布置后路，后路毫无罅隙可寻，则转运常通，军情自固。然后长驱大进，后顾别无牵掣，可保万全。”左宗棠决定第二年春季进兵南疆，同时强调“目前应办之事必应迅速办理”。他命令刘锦棠、张曜、徐占彪等部抓紧进行军队休整和军需补给工作，并奏请调派驻山西包头的“卓胜军”记名提督金运昌率所部至乌鲁木齐，以替出刘锦棠部南下。
西征军南进的时机终于成熟了，这时，已经是光绪三年（1877年）春了。此时，金顺已被清廷任命为伊犁将军，驻守玛纳斯以西，负责北疆西部地区的防守，并监视伊犁俄军的动向。金运昌所率“卓胜军”抵达乌鲁木齐，与刘锦棠部湘军换防。三月初一日（4月14日），刘锦棠亲率马步各营及炮队由乌鲁木齐逾岭而南，进军达坂城，开始了规复南疆的战斗。与此同时，张曜和徐占彪分别从哈密和巴里坤西进吐鲁番。这样，西征军对达坂、吐番鲁、托克逊一带的阿古柏匪帮主力形成了从东面和北面的攻击态势。