北路告捷后，阿古柏十分恐慌，他拚凑了二万七千名军队[30]，妄图凭借天山之险负隅顽抗。达坂城是天山的重要孔道，是通往南疆的门户。阿古柏派“大通哈”(地方高级军政长官)爱伊得尔呼里率精兵四千驻守，并给他配备了大炮三十门。又派次子海古拉率步骑六千人，带炮六门，屯扎达坂东南的战略要地——托克逊。吐鲁番盆地，则由从北路逃归的马人得、白彦虎驻守。阿古柏亲自坐镇喀喇沙尔督阵。

清军主力南下之前，左宗棠着重分析了军事形势。他预料:“南路贼势，重在达坂(即噶逊营)、吐鲁番、托克逊三处。官军南下，必有数恶仗。三处得手，则破竹之势可成。”[31]基于这一分析，左宗棠做了如下部署:“徐、张攻吐鲁番，总统攻达坂城，两处克复，乃进攻托克逊坚巢。其师期则徐、张先而刘后，贼势则达坂重而吐鲁番轻也。”[32]

一八七七年春夏之交，北路后方巩固之后(左宗棠又调金运昌部五千人出关驻守乌鲁木齐一带)，清军分三路由北、东两个方向向吐鲁番地区展开钳形攻势。四月十四日，主力刘锦棠部翻越天山，南下达坂，连夜衔枚疾进。敌人引湖水自卫，清军乘夜雾潜渡，逼城筑垒。四月二十日，攻克达坂城，全歼守敌，敌军大、小头目无一漏网，爱伊得尔呼里束手就擒。二十五日，北路清军进抵白杨河，刘锦棠分兵两路前进，命营务处道员罗长祜，左军分统、宁夏镇总兵潭拔萃率步骑六营趋吐鲁番，与张曜、徐占彪会师，自率十四营直捣托克逊。此时，托克逊守敌海古拉已弃城遁定，白彦虎从吐鲁番逃至，四出劫掠，焚烧村堡，当地人民“泣求大军速援，并称大军所遣免死回目驰归，宣布官军威德，回众无复疑惧，俱延颈以待官军”[33]。四月二十六日，清军进克托克逊城。

在刘锦棠部南下达坂的同时，张曜的“嵩武军”，徐占彪的“蜀军”分别以哈密、巴里坤为基地西进，四月二十一日，“嵩武军”分统孙金彪与徐占彪协作，攻克吐鲁番东面门户——七克腾木。然后轻取辟展，于二十六日直抵吐鲁番城下。此时，北路湘军罗长祜部亦至，三路合攻，马人得投降，吐鲁番全境克复。

达坂、吐鲁番之役，是双方主力的一次决战。事态发展与左宗棠的预计基本吻合。清军在这一战役中重创了阿古柏的有生力量，打开了通向南疆的大门，造成了破竹之势。据估计，敌军被歼、被俘、逃亡，总计“大概损失了不下二万人”[34]，相当于阿古柏总兵力的一半[35]。对这一战役，左宗棠评价很高，认为“实西域用兵以来未有之事”[36]。这一战役后，众叛亲离的阿古柏惶惶不可终日，遂于五月在库尔勒眼毒自杀(一说为部下所杀)。

阿古柏死后，他的两个儿子为争夺继承权发生火并，内部更加分崩离析。但左宗棠由于“饷源涸竭，转运不继”，遂把第三个战役推迟到秋凉之后。炎夏一过，刘锦棠部三十二营以托克逊为基地，于八月二十五日发动秋季攻势，张曜部十五营为第二梯队继进，左宗棠另调易开俊马步七营填防吐鲁番。

当清军继续西进吋，白彦虎已于决开都河后狼狈逃窜，喀拉沙尔、库尔勒之间均被水淹，清军涉水、搭桥而进，十月十七日在库车郊外赶上白彦虎大队，歼敌千余人，然后连克库车、阿克苏、乌什。从库尔勒至库车，六天内行军八百余里，前后“拔出被裹回众以十万计”[37]。十二月十七日，清军冒着严寒进克喀什噶尔，并陆续收复叶尔羌、英吉沙尔，最后于一八七八年一月二日收复和阗。阿古柏的大儿子伯克胡里和白彦虎穷途末路，遂窜出边境，置身于沙俄的卵翼之下。

清军远征阿古柏取得了重大胜利，由进军北路到收复南疆虽历时一年半，实际作战却不过八个半月，进展之速超过一般人的预料，一些西方“评论家”也承认这是“一支出中国人领导的中国军队所曾取得的最光辉的成就”[38]。但收复全疆并未告竣，因为伊犁一带还被沙俄占据着。

第二阶段:收复伊犁地区

一八七一年，俄军悍然侵占伊犁后，沙皇政府估计清廷根本无力收复新疆，曾假惺惺地表示:“俟关内肃清，乌鲁木齐、玛纳斯各城克复之后，即当交还”[39]。出乎沙俄意料，中国军民竟在一八七六至一八七七年连战告捷，除伊犁地区外，新疆沦陷区均告克复。这使沙皇政府处境十分尴尬，于是它一面指使白彦虎残部骚扰我国边境，力图牵制，一面则在外交上玩弄朴种花招，以攫取更多利益。

一八七八年底，清政府派崇厚为出使俄国大臣去谈判归还伊犁问题。沙皇政府连吓带骗，迫使昏庸的崇厚签订了屈辱的《里瓦基亚条约》，以丧失大片领土和赔款五百万卢布为代价“收回”了九座空城。消息传到国内，舆论大哗。左宗棠也极为愤慨，他痛斥崇厚的卖国行径，指出，“武事不竞之秋，有割地求和者矣。兹一矢未闻加遗，乃遽议捐弃要地，餍其所欲，譬犹投犬以骨，骨尽而噬仍不止。目前之患既然，异日之忧何极？此可为叹息痛恨者矣！[40]”迫于舆论，清政府遂将崇厚治罪，判为“斩监候”，改派驻英、法公使曾纪泽前往圣彼得堡谈判，同时命左宗棠统筹兵事，做打仗准备。

一八八〇年四月，左宗棠开始部署军队，准备以刘锦棠步骑万人出乌什，张曜所部七千人从阿克苏分两路直取伊犁，金顺所部万余人扼守晶河，备俄军东犯乌鲁木齐，他表示:“衰年报国，心力交瘁，亦复何暇顾及”[41]。五月底，左宗棠以六十九岁的高龄，带病的身躯，冒着盛夏的酷热舆榇出关，誓与沙俄决一死战！其爱国热忱是很感人的。六月十五日，左宗棠进抵哈密，命令各军戒备。沙皇政府见如意算盘将成画饼，遂恼羞成怒，一面增兵伊犁，一面调遣军舰东来，虚张声势。腐败无能的清政府在讹诈之下马上准备妥协，八月十一日，急调左宗棠回京以避免冲突。左宗棠对沙俄的色厉内荏是了解的，他认为“俄船东下，偏历海疆，结倭奴，封辽海，亦不过虚声胁和之计”[42]。他在给总理衙门的信中指出:“察看情形，实非决之战胜之可”[43]。八月二十九日，左宗棠在哈密接到清廷调他回京“以备顾问”的命令，壮志未酬，十分苦闷，他在家信中表白自己此时的心情说:“俄意欲由海路入犯，而在事诸公不能仰慰忧勤，虚张敌势，殊为慨然。我之此行，本不得已。”

由于清政府的怯懦和短视，左宗棠收复伊犁的计划未能实现，但在左宗棠积极备战的支持下，曾纪泽的外交谈判却有了进展。对左宗棠被召回一事，沙俄并不明白底细，误认为中国有“动兵之意”，并就此事几次问及曾纪泽[44]。如果真的对华作战，沙俄是力不从心的。刚刚结束了俄土战争的沙皇政府，财政已经涸竭，曾纪泽的主要谈判对手若米尼承认，“战争对于我们将是耗费巨大、没有止境而又无益的。”[45]迫于形势，沙俄不得不从原来的立场上后退一步。一八八一年二月二十一日，即左宗棠到达北京的前三天，双方在圣彼得堡签订了《中俄伊犁条约》，沙俄同意归还《崇约》划走的特克斯河谷和通往南疆的穆扎尔山口，但仍占有霍尔果斯河以西地区。此外，放弃了俄货由嘉峪关运进内地的要求；但赔款却由五百万卢布增至九百万卢布。这仍然是个不平等条约，但与《崇约》相比，总算收回了一些权益。一个英国外交官评论说:“中国已迫使俄国做出了它从未做过的事:把业已吞下去的领土又吐出来了。[46]这个评论并非溢美之词。从贪婪成性的沙俄嘴里挖出部分“猎物”，毕竟不是件容易的事。左宗棠的积极备战支持了曾纪泽的外交斗争。