1873年3月，左宗棠提出了先安定新疆回部再准备收回伊犁的方针。他认为，欲收伊犁，必先克乌鲁木齐。如果乌鲁木齐城克复，再大兴屯田以保证长期后勤供应，安抚新疆各部族耕牧如常，即使不立即索伊犁，也已稳然不可犯。这一方针得到了军机大臣文祥的支持。
然而，1874年日本侵台事件引发了清廷内部的“海防”与“塞防”之争。李鸿章等人力主海防，主张放弃塞防以节省军费用于海防。而左宗棠则主张海防与塞防并重，认为不收复新疆将导致陕甘清军被长期牵制，且会招致英、俄的渗透。最终，左宗棠的观点得到了清廷的认同。
于是，1875年5月，清廷下诏授左宗棠以钦差大臣督办新疆军务，全权节制三军，以将军金顺为帮办军务，择机出塞平叛新疆。
确定战略
在军事战略上，左宗棠展现出了卓越的远见和深思熟虑。他提出的“先北后南”、“缓进急战”的战略方针，为清军收复新疆奠定了坚实的基础。
“先北后南”的战略意味着左宗棠决定首先安定北疆，但不急于攻取伊犁，而是逐步向南疆推进。这一战略选择是基于对阿古柏势力的深入分析和地理区位的考虑。阿古柏的势力主要集中在北疆的达坂城、托克逊、吐鲁番一线，其在此地的力量相对薄弱，进军难度较小。同时，北疆的乌鲁木齐具有重要的政治意义，收复此地可以进一步为收复伊犁创造有利条件。
在“缓进急战”的战略中，“缓进”并不意味着拖延时间，而是积极治军，为未来的决战做好充分准备。左宗棠用一年半的时间筹措军饷、积草屯粮、整顿军队，增强军队战斗力。他不仅对主力湘军进行了严格的整编，剔除空额，汰弱留强，还规定凡是不愿出关西征的士兵，一律给资遣送回籍，以确保军队的士气和忠诚度。通过这一系列的准备，左宗棠指挥的西征军逐渐壮大，形成了强大的战斗力。
而“急战”则是考虑到国库空虚以及西北地区的实际情况。由于西北交通不便、人烟稀少、田地荒芜，为了紧缩军费开支，左宗棠决定大军一旦出发，必须速战速决。他要求军队在一年半左右的时间内获取全胜，尽早收兵。
准备物资
在筹备西征的过程中，左宗棠深知武器装备和粮食供应的重要性。为此，他采取了一系列措施，以确保西征军的战斗力和后勤保障。
首先，左宗棠在兰州建立了“兰州制造局”，专门负责为西征军修造枪炮。为了应对阿古柏军队的洋枪洋炮，他从广州、浙江等地调来了专家和熟练工人，在兰州制造了大量武器。这些武器不仅包括仿造的德国螺丝炮和后膛七响枪，还有改造后的中国劈山炮和广东无壳抬枪。这些先进的武器装备极大地提升了西征军的战斗力。
其次，左宗棠非常注重粮食供应问题。他命令西征军前锋部队统帅张曜驻军哈密，兴修水利、屯田积谷。通过一年的努力，哈密地区收获了大量的粮食，基本上解决了该部半年军粮所需。然而，粮食供应仍然是一个紧迫的问题。为了解决这个问题，左宗棠建立了四条运输路线，从甘肃河西、包头、归化、宁夏等地采购和运输军粮至新疆。此外，他还在新疆东部采买粮食，并尝试向俄国人购买粮食。虽然关于这部分粮食的来源存在争议，但左宗棠确实采取了多种措施来确保粮食供应。
筹措军费
除了官方运输外，左宗棠还广泛设立运粮台站，并借用民力进行节节转运。这些措施不仅提高了运输效率，还减轻了军队的负担。
1876年，随着收复新疆的战争一触即发，军费问题成为了摆在左宗棠面前的一道难题。当时，各省积欠陕甘军费已达2000余万两，仅仅依靠各省关协饷根本无法解决这一庞大的军费开支。
面对如此严峻的形势，左宗棠决定采取借款的方式来筹措军费。他援引沈葆桢为台湾防务借款的旧例，向朝廷请求借洋款一千万两。然而，这一提议却遭到了沈葆桢的反对，使得借款计划一度陷入困境。
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经过几番波折和协商，清廷最终下诏，令户部拨款200万两、各省协饷300万两，并准许左宗棠自借洋款500万两。然而，这些资金仍然无法满足西征军的全部需求，经费短缺问题依然严峻。
为了解决这个问题，左宗棠在接下来的几年里多次为西征军借洋款。1877年、1878年和1881年，他分别向洋商借款，总计在1874年至1881年间向洋商借款1375万两。此外，他还向华商借款846万两，以进一步缓解军费压力。
克复北疆
1876年4月，左宗棠在肃州举行庄严的祭旗仪式，标志着他正式出兵收复新疆。他坐镇肃州，精心策划并指挥了这场艰苦卓绝的战役。左宗棠命令刘锦棠和金顺分别率领两路大军，先后出关，向新疆进发。
考虑到新疆地区饮水困难的实际情况，左宗棠采取了巧妙的策略。他将大军分成千人一队，每隔一天进发一队，以确保每队都能得到充足的饮水和补给。刘锦棠率领的北路军从肃州出发，经过长途跋涉，顺利进入了哈密。金顺则率领南路军，与刘锦棠在哈密会合。
在哈密，刘锦棠的部队将之前从肃州等地陆续运来的军粮进行再次转运，翻越了险峻的东天山九曲险道，将这些宝贵的物资分运到了巴里坤和古城等地。这些军粮为后续的军事行动提供了坚实的后勤保障。
很快，刘锦棠的前锋部队就占据了距离乌鲁木齐不足三百里的济木萨（今吉木萨尔县）。这一战略要地的占领，为收复乌鲁木齐创造了有利条件。
同年8月，刘锦棠和金顺两军协同作战，经过激烈的战斗，成功攻下了乌鲁木齐外围的古牧地。阿古柏的帮凶白彦虎、马人得见势不妙，弃乌鲁木齐而逃。刘锦棠则兵不血刃地收复了乌鲁木齐（8月18日）。紧接着，金顺进占了昌吉，而荣全在刘锦棠的协助下也攻克了玛纳斯城。
打开南疆
在收复北疆后，左宗棠并未停下脚步，而是将目光转向了南疆，准备进一步打开通往南疆的门户。达坂、托克逊、吐鲁番三城作为南疆的战略要地，对于整个战局具有至关重要的影响。
左宗棠深知南疆战役的艰巨性，他告诫刘锦棠不要急于求成，要稳扎稳打。同时，他精心布置了三路进军计划，命令金顺留守乌鲁木齐，而以刘锦棠为前线总指挥，全权负责南疆的收复工作。
1877年4月，刘锦棠率领大军出击，迅速收复了达坂城和托克逊城。与此同时，徐占彪与张曜也在盐池会师，成功攻克了吐鲁番的门户七克腾木。阿古柏见势不妙，只好放弃吐鲁番，逃往焉耆，只留下其幼子驻守库尔勒为其垫后。然而，刘锦棠、张曜、徐占彪三军迅速合击，又收复了吐鲁番。
阿古柏见通往南疆的门户已经被打开，自知大势已去，便服毒自杀（也有说法是被毒杀）。他的长子伯克胡里为了争权夺位，杀死了自己的弟弟，并率领残部逃往喀什。而白彦虎则率领余众逃窜到了开都河一带。