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，亦被预伏之清军歼灭。守城头目王治、金中万及阿古柏部将多人被击毙。
连战连捷光复北疆
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3营、谭拔萃率步兵4营由左路追击；命黄万鹏率骑兵1部、谭上连率步兵4营由右路追击；命谭慎典等率步兵3营向乌城急进。
白彦虎、马人得没有料到清军来得如此神速，一闻炮声，即弃城向达坂城方向逃跑，因而清军轻而易举地收复了乌鲁木齐。阿古柏所遣援军5000骑行至达坂城时，闻乌城已失遂止。
乌鲁木齐收复后，左宗棠命刘锦棠部驻守该城，搜捕残敌，处理善后事宜；9月2日起，金顺督军从昌吉向玛纳斯南城进攻，久围不克。10月4日，刘锦棠派罗长祜、谭拔萃、董福祥等率部增援。直至11月6日，才将玛纳斯南城拿下。至此，天山以北除伊犁地区外，所有敌占据点全部收复。
调整军马以图南疆
此时，冬季来临，大雪封山，不便进行大规模军事行动。于是，清军一面继续肃清残敌，征集粮秣，设立采运机构，一面就地整训部队，为进军南疆做好准备工作。
清军收复北疆，掌握了战争的主动权。特别是乌鲁木齐的光复，大大改善了清军在新疆的战略态势，解除了敌军窜犯内地的后顾之忧，为尔后进军南疆创造了有利条件。
诚如左宗棠所说：“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。若停军巴、古以东瘠区，兵少无以扼奔冲，兵多徒以耗军饷……断难为持久之计”。北疆的收复，充分证明了左宗棠“先北后南”、“缓进急战”方针的正确。
然而，阿古柏为了防止清军南进，在托克逊布置了防线，以吐鲁番、达板城和托克逊三城互为支援，坚守阵地准备抵抗。左宗棠也积极准备，一场大战不可避免。
（第四节）杀回南疆，摧毁阿古柏
左宗棠自从请缨西征，白发临边，就带着新疆不回誓不罢休的豪气。他在给家人的信中抒发了这样的抱负：“天下事总要有人干，国家不可无陕甘、陕甘不可无总督，一介书生，数年任兼折，岂可避难就易哉！”
在取得北疆大胜之后，光复全疆的前途更加宽广，左宗棠带领全军将士连克八城，直至摧毁阿古柏，收复新疆全境。这是晚清历史最扬眉吐气的一件大事，是晚清夕照图中最光彩的一笔。请记住这位功臣的名字——左宗棠。
连克八城胜利凯旋
1877年4月，左宗棠指挥清军三路并进：刘锦棠部自乌鲁木齐南下攻达坂；张曜部自哈密西进；记名提督徐占彪部出巴里坤，至盐池与张曜部会师，合攻辟展、吐鲁番。刘锦棠部奇袭包围达坂城，19日破城，毙俘敌3000余人。随即分兵一部助攻吐鲁番，主力直捣托克逊，迫守敌海古拉（阿古柏次子）于4月下旬弃城西逃。
与此同时，张、徐二部清军连克辟展、胜金台等地，吐鲁番守敌白彦虎望风西窜，马人得率部投降。至此，南疆门户洞开。阿古柏见大势已去，5月下旬于库尔勒气急暴病而死（一说绝望自杀，或谓被人毒死）。海古拉携其父尸西遁，由白彦虎防守喀喇沙尔（今焉耆）、库尔勒等地。阿古柏长子伯克·胡里在库车杀其弟海古拉，后于喀什噶尔（今喀什）称王，企图在英俄庇护下负隅顽抗。
是年秋，左宗棠决心尽复南疆，遂以刘锦棠部为“主战”之军，以张曜部为“且战且防”之军，相继长驱西进。南疆各族人民久受阿古柏的荼毒，纷纷拿起武器配合清军作战。10月，刘锦棠部以破竹之势，驰骋两千余里，收复喀喇沙尔、库车、阿克苏、乌什等南疆东四城。
西四城叶尔羌（今莎车）、英吉沙尔（今英吉沙）、和阗（今和田）、喀什噶尔之敌日渐孤立，内部分崩离析。
已降敌的前喀什噶尔守备何步云亦乘机反正。刘锦棠闻讯，立即挥军分路前进，于12月中下旬连克喀什噶尔、叶尔羌、英吉沙尔。伯克·胡里、白彦虎等率残部逃入俄境。1878年1月2日，清军攻克和阗。至此，整个新疆除沙俄侵占的伊犁地区外，全部收复。
为夺伊犁再披战袍
在收复新疆的战争进程中，清政府多次与俄国交涉，要求归还伊犁。沙俄政府以种种借口，拒不交还。阿古柏侵略势力被消灭后，清政府乘胜向俄国索还伊犁，并要求引渡白彦虎等。
沙俄政府一面答称，如果赔偿俄国占领伊犁之军费，可以交还；一面又唆使白彦虎、伯克·胡里残部等多次回窜新疆，骚扰边境，企图借口边境未靖，缓交伊犁。清军粉碎了敌人的骚扰，予敌以歼灭性打击。
崇厚在沙俄的威胁讹诈下，竟于1879年10月2日在黑海岸边的里瓦吉亚与俄国代表签订了丧权辱国的《交收伊犁条约》。消息传来，激起朝野上下的极大义愤，以致“街谈巷议，无不以一战为快”。左宗棠更是痛心疾首，上奏痛斥沙俄的侵略行径和崇厚的卖国行为。他提出解决伊犁问题必须坚持“先之以议论，委婉而用机；次决之以战阵，坚忍而求胜”的方针。
1880年5月25日，已68岁高龄的左宗棠亲自率军1000余人离开肃州，出嘉峪关向哈密进发。我们可以想象，花甲之年又重披战袍，骑上战马，指挥千军万马，驰骋于塞北边关，此等场面何等的壮烈；此爱国之心何等的忠贞。
6月15日，左宗棠率大军抵达哈密，立刻积极部署防务。在左宗棠以武力为后盾的努力下，1882年2月17日（光绪七年十二月二十九日），塔尔巴哈台参赞大臣升泰抵达伊犁，与俄方代表商讨收交办法。3月22日，双方换文，伊犁将军金顺随即带兵进驻。至此，被沙俄强占达11年之久的伊犁，终于回到了祖国怀抱。
从左宗棠收复新疆的战争中我们可以看出，只要指挥统一得当，将帅上下一心，满清的战斗力还是强大的。占领新疆的浩罕国（实为俄罗斯属国），其装备也为俄式。但清军仍能高歌猛进，一路西进，打得敌人狼狈而逃。
洋务运动给清军带来的变化不能不说让清军战斗力得到了提升。其实，更应该说是力主洋务运动的左宗棠给清军带来的这种战斗力。这不仅仅表现在装备的先进化，更重要的是老将军的一颗爱国之心和那股让侵略者望风而逃的斗志。