此时，受太平天国运动和陕甘回变影响，新疆乱成了一锅粥。
沙俄趁机侵占伊犁，并支持浩罕汗国的阿古柏进驻新疆建立洪福汗国。
当年的浩罕汗国，版图包括今哈萨克斯坦南部、乌兹别克斯坦东部以及塔吉克斯坦与吉尔吉斯斯坦部分领土，1876年被俄罗斯灭国。
新疆时局引起清政府重视，命令左宗棠以钦差大臣督办新疆军务，出塞平定新疆。
左宗棠提出了先北后南、缓进急战，先克定乌鲁木齐再收复伊犁的战略方针。
他缓进以治军，留出充足的时间筹措军饷，积草屯粮，整顿军队，增强军队战斗力。他统率的湘军共有马、步、炮军一百五十余营，总兵力约八万人。但他淘冗取精后，只选出五十余营两万多人开往新疆前线。
在筹措到足够的军饷，囤积充足的粮草后，1876年4月，左宗棠兵分两路出关，力争急战以速战速决，在一年半内全胜收兵。
他兵不血刃收复乌鲁木齐和玛纳斯城（今新疆吉回族自治州玛纳斯县），克定北疆。随后兵分三路，先后收复南疆门户达坂城、托克逊城和吐鲁番。
阿古柏见大势已去，服毒自杀。
在收复新疆期间，英国人将阿古柏势力认作藩属，多次威吓清廷停止进军。但左宗棠不为所动，多次上书朝廷，誓要收复新疆。
在清廷支持下，大军继续西进，仅用一年多时间，如期收复除伊犁以外的新疆领土。
接下来就是收复伊犁。
当年，沙俄乘阿古柏入侵新疆之机侵占了伊犁。其驻华公使在照会清朝总理各国事务衙门时，称占领伊犁是为了安定边疆而采取的权宜之计，一旦清政府收复乌鲁木齐和玛纳斯等地，他们就交还伊犁。
因此，左宗棠主张通过外交途径和平收回伊犁。
他先是兵分三路向伊犁方向挺进，自己表示“壮士长歌，不复以出塞为苦也”，亲自入疆坐镇哈密，表现出不惜血战到底收复伊犁的决心。
然后，中俄双方在谈判桌上经过一番相互警告、恫吓和谈判，沙俄最终做出让步。
1881年2月，双方签订《中俄伊犁条约》和《陆路通商章程》。中国收回了伊犁九城及特克斯一带地方，但也增加了赔款数额，并且仍然割让了伊犁霍尔果斯河以西的领土。
左宗棠对这个条约态度复杂，实则心中多有不满。
此后，左宗棠极力促成了在新疆和台湾设省，为加强新疆、台湾与内地的经济文化交流，巩固祖国边防发挥了巨大作用。
作为中国近代化的先驱者、近代中国国家主权完整的扞卫者，左宗棠在中国历史上写下了浓墨重彩的一笔。
