1864年對於清朝來說是個多事之秋，當南方太平天國的戰事接近尾聲的時候，一場遍及河南、山東等地的捻軍起義又拉開了序幕。與此同時，陝西、甘肅又爆發了回民起義。一時間，清王朝陷入了風雨飄搖的境地。此時，一個名為阿古柏的浩罕軍官（今烏茲別克斯坦）趁清朝內亂，越過天山山脈來到了新疆喀什。作為伊斯蘭教的忠誠信徒，阿古柏利用新疆地區回民眾多的優勢很快就將勢力發展起來，並快速向東擴張。
1867年，阿古柏建立“洪福汗國”，並一統南疆。1870年，阿古柏又發兵攻佔了達阪城、吐魯番、烏魯木齊、瑪納斯，切斷了北疆和河西走廊之間的聯繫，並收降了以白彥虎為首的陝甘回軍殘部，實力進一步增強。同年，俄國出兵佔領了伊犁。清朝軍隊一退再退，僅能守住哈密、塔城等少數據點。一時間，新疆大局岌岌可危！這時，已經平定捻軍起義與陝甘回亂的清朝內部卻對是否用兵收復新疆展開了辯論，這就是以李鴻章為首的“海防論”與左宗棠為首的“塞防論”之爭。
李鴻章認為新疆乃化外之地，茫茫沙漠赤地千里，新疆不復，於肢體之元氣無傷。況且自乾隆平定新疆一百多年以來，每年都要花費數百萬兩打理這個無底洞。如今，又要竭天下的財力去贍養大軍西征，實在是得不償失。反之，若依從英國人為阿古柏提出的條件，允許阿古柏政權獨立，只要其答應年年進貢即可。如此，一則不為西征而勞師動眾，二則又可全力防守海疆。深諳地緣政治的左宗棠反駁道，”如果丟失新疆，那麼這塊土地不是被英國勢力控制，就是被沙皇俄國鯨吞，中國也會失去西北邊防的關卡要塞和重鎮，使西北邊防無以屏障。到時，中國邊防的兵力不但不能削減，反而會大大增加。從全局來看，將新疆拱手讓人的後果，對內會喪失民心；對外也必將助長列強的侵略氣焰，更不利於海防！“
面對二人不同的政見，清朝皇室成員，時任軍機大臣的文祥親自過問了這件事。他贊同左宗棠的見解，並親自去向慈禧太后陳述了利害關係。於是，清廷遂下詔，“宗棠乃社稷大臣，此次西征以國事而自任，只要邊地安寧，朝廷何惜千萬金，可從國庫撥款五百萬，並敕令允其自借外國債五百萬。”隨後，一場歷時一年半的收復戰拉開了帷幕。
新疆，自古被稱為西域，亦是絲綢之路的必經之地。雖然新疆很大，但卻荒漠居多。用一句話來描述新疆的地域特點就是“三山夾兩盆”。三山指的是阿爾泰山脈、天山山脈和崑崙山山脈；兩盆指的是準噶爾盆地與塔里木盆地。當然，準噶爾盆地腹地的古爾班通古特沙漠與塔里木盆地腹地的塔克拉瑪干沙漠佔去了新疆大部分地域。所以，時至今日，生活在新疆的居民也多聚集在準噶爾盆地和塔里木盆地的邊緣地帶。
清朝時，以天山為界，新疆被分為南北兩路。北路以烏魯木齊、伊犁、塔城、巴里坤為四大支撐點。南路則相對繁盛，有東、西各四城。西四城為喀什喀爾（今喀什疏勒）、葉爾羌（今喀什莎車）、英吉沙（今英吉沙縣）、和闐（今和田）；東四城為阿克蘇、庫什、庫車、喀拉沙爾（焉耆縣）。當然，在塔里木河及其分支的滋潤下，塔里木盆地周圍的綠洲還有很多，但此八城卻是控制新疆南路的關鍵。
此外，若中央王朝進入新疆，多會經河西走廊出嘉峪關、瓜州。隨後，行人會來到進入新疆的第一道大門——哈密。所以，欲進入新疆必先控制哈密。這一點，從漢朝與匈奴爭奪西域，必以先控制哈密為關鍵一步便可看出。同時，作為天山南路第一道大門的哈密北側的巴里坤又是進入天山北路的第一站。前文已述，清軍雖然被叛軍不斷壓縮，但還是牢牢地守住了塔城、巴里坤和哈密一線，這也為後來左宗棠的大軍進入新疆奠定了基礎。同時，雖然沙俄已經佔領了伊犁，並將觸角伸向了準噶爾盆地，但卻被碩果僅存的精河縣民團首領徐學功擊退。
面對新疆紛亂的局勢，左宗棠考慮到，“關內關外用兵雖有次第，然謀篇佈局須一氣為之。以大局論，關內肅清，總督應移駐肅州，調度軍食以規烏魯木齊。烏魯克復，總督應進駐巴里坤，以規伊犁。欲收伊犁，必先克烏魯木齊”。如果烏魯木齊城克服，“我威維揚”，再大興屯田以保證長期後勤供應，安撫新疆各部族耕牧如常。如此，“即不遽索伊犁，而已穩然不可犯矣。烏城形勢既固，然後明示以伊犁我之疆索，尺寸不可讓人”。所以，在通盤考慮後，左宗棠立刻抓住了收復新疆的要害，“不在先索伊犁，而在急取烏魯木齊。”於是，左宗棠便定下了八字方略，“先北後南，緩進急戰”。
大意是先聯合精河縣等地的民團底定北疆，斷絕沙俄北窺之心，並將阿古柏封死在南疆中。然後集中兵力攻破盤踞在南疆的叛軍。同時，鑑於新疆地區調兵運糧的不便，左宗棠屢屢告誡部下一定要各部配合，緩緩地齊頭並進，使敵人無可乘之機，最後再收緊包圍圈。但是，當包圍圈一旦成形，那麼大軍一定要在短時間內攻滅敵軍。
1876年，左宗棠自蘭州進入肅州（今酒泉），隨後清軍分三部分進入新疆。當時，左宗棠做了如下部署。清軍一部防守巴里坤，一部駐守哈密。同時，左宗棠又率步兵、馬軍共29營分別駐守在酒泉、玉門、敦煌之間，並告知烏里雅蘇臺、科布多、塔城等地清軍加強警戒，以防叛軍北逃。1876年，劉錦棠收復烏魯木齊，精河縣的徐學功又配合清軍掃清了北疆的叛軍。隨後，清軍自烏魯木齊開始陸續南下，與駐守哈密的清軍東西合攻收復了吐魯番。阿古柏屢戰屢敗之下絕望自殺，其殘部逃竄喀什，並於途中內訌，阿古柏之子伯克胡裡殺弟掌權。清軍一路追擊，於1877年冬季來臨前接連收復南疆東四城。
此時，阿古柏集團駐守在和田的軍隊頭目見伯克胡裡即將敗亡，遂起兵配合清軍攻打叛軍，卻反被殺敗。1878年1月，清軍趁機再度進兵，直撲敵軍喀什老巢。身在和田的伯克胡裡見局勢不利，遂棄守和田，竄入俄國。此時，經過一年半的作戰，除伊犁之外，清軍將新疆全部收復。其後，清庭一面派員與沙俄談判，利用先前的相關協議據理力爭，一面又讓左宗棠起三路大軍兵臨伊犁城下。此時的沙俄因與土耳其征戰，消耗了國力，在各方的壓力下最後不得不撒出伊犁，至此，新疆一百幾十萬平方公里的疆土重歸清朝。
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