刘锦棠是个足智多谋，极有才干的军事将领，他的西征战略是“以缓行速战为义，先迟后速为稳者”。
1876年7月，刘锦棠对古牧地敌情做周密的调查，与乌鲁木齐都统金顺商讨进兵方略。在黄田和古牧地刘锦棠的湘军全歼守敌，重创援军。刘锦棠抓住有利战机，出敌不意，连续作战，在三日之内取得连下四城的辉煌战果。由于刘锦棠作战有方，表现出色，清廷给予他骑都尉世职的奖赏。
清军攻克乌鲁木齐后，昌吉、呼图壁各城敌军望风而逃。荣全指挥的清军围攻玛纳斯城长达6个月，久攻不克，伤亡惨重。不得已，金顺向刘锦棠求援。在湘军的援助下，清军一举攻克玛纳斯。收复了阿古柏统治下的北疆所有地区。
阿古柏急了，调集精锐部队加强达坂城、托克逊、吐鲁番一线的防务。他认为，天山防线凭险设防，以逸待劳，万无一失。
经过4个月的休整和补充，刘锦棠亲率马、步各营旗及开花炮队由乌鲁木齐逾岭南下。侦察得知达坂城守敌毫无防备，刘锦棠命令清军连夜围城。经过一番激战，歼敌2000余人，俘虏1500人，清军伤亡167人。此次围歼战打得极为漂亮，清军士气高涨。
刘锦棠对被俘的南疆土尔扈特人和维吾尔人，“均给以衣粮，纵令各归原部，候官军前进，或为内应，或导引各酋自拔来归”。他的“怀柔”做法相当奏效，使百姓归心，瓦解了敌人的战斗意志。
托克逊守敌闻风丧胆，弃城而逃；白彦虎指挥部下劫掠人畜，四处放火。当地百姓求援，“延颈以待官军”。刘锦棠率军一鼓作气势如虎，收复了吐鲁番。攻克三城，歼敌两万余人，通向南疆的大门豁然洞开。
阿古柏的军队接连遭受毁灭性打击，士气低落，兵卒纷纷逃亡，众叛亲离。阿古柏绝望之下，在库尔勒服毒自尽。他建立的七城国政权分崩离析，两个儿子与部将在争夺汗位时互相残杀，实力锐减。
因粮饷不济，酷热难耐，刘锦棠与左宗棠商议，部队在吐鲁番一带休整，等秋凉时再进攻。盛夏一过，刘锦棠调动各路大军齐聚曲惠。奇袭库尔勒，直捣喀喇沙尔，追杀白彦虎的部队到库车。三个月穷追敌寇3000里，收复东四城（喀喇沙尔、库车、阿克苏、乌什），歼敌数千，救回被裹挟难民数十万。
1878年12月17日，清军攻克南疆重镇喀什噶尔，白彦虎和伯克·胡里伯克狼狈逃入俄境。刘锦棠马不停蹄挥师收复叶尔羌，袭取英吉沙尔，攻克和田，历时一年半，清军收复新疆除伊犁地区外的所有失地。
新疆地广人稀，戈壁沙漠，冰山雪岭，作战环境极为恶劣。加之民族众多，处理好与当地百姓的关系尤为重要。左宗棠与刘锦棠制定了严格的军纪，认为作战行军“如能遵行军五禁，严禁杀掠奸淫，则八城回民如去虎口而投慈母之怀，不但此时易以成功，即后此长治久安亦基于此”。
清军所到之处，百姓携酒酪，献牛羊，在路旁欣喜相迎。有的百姓或为向导，或随同打仗，为征讨逆贼出钱出力。
在统帅左宗棠的运筹帷幄下，刘锦棠不畏艰险，率军西征，兵威之盛，直追汉唐，使新疆沦陷之地回归中国版图，立下不朽功勋，足以光垂史牒。
清军在作战中表现出的顽强战斗力，使西方列强为之侧目，威慑了企图永久霸占伊犁的沙俄。这是1840年以来中国人民反抗外来侵略，对敌作战中取得的少有的一次彻底胜利，振奋了民族精神。
新疆收复后，沙俄耍赖拒不归还伊犁。清廷派崇厚为使臣赴俄谈判，索要失地。崇厚软弱昏庸，在沙俄威逼利诱下，擅自与沙俄签订了丧权辱国的《里瓦几亚条约》。条约规定，孤城伊犁归还大清，霍尔果斯河以西和特克里斯河流域大片富饶的领土归属沙俄，还要赔款500万卢布。
消息传来，朝野震惊，举国哗然。迫于压力，清廷不予承认和批准此条约，并将崇厚革职查办。69岁的陕甘宁总督左宗棠提出武力收复伊犁，他抬着棺材进驻哈密，以示欲与沙俄决一死战的决心。沙俄恼羞成怒，派大军屯集边境，并调集军舰游弋远东。
