早在1864年，左宗棠就思量着造船，巩固海防。在杭州的时候，他试图造过一个小轮船，并在西湖上试着开了一番，但效果不好，又因为当时和太平军的战事紧迫，还没有经费，因此造船的事情就先放下了。到了1866年，太平军主力已经大抵消灭，余部李世贤、汪海洋也被左宗棠追剿殆尽，各地战事稍平，中华大地上洋务运动风声渐起。左宗棠上折请建船厂，获准通过，于是在胡雪岩等人的帮助下，成立了福州船政局。但是船厂才刚刚办了没多久，陕甘地区暴乱此起彼伏，民不聊生。于是1867年，朝廷下旨，命左宗棠出任钦差大臣，督办陕甘军务。左宗棠便将船厂交给了江西巡抚沈葆桢，北上秦川。

来到陕西后，左宗棠发现，这里的势力网错综复杂，不单单是汉民和回民的对立严重，这里还活跃着以流寇方式作战的捻军。在分析过局势之后，左宗棠确立了“先捻后回”的方针，打算先吃掉捻军，再回头平定回民起义。

“捻”是淮北方言，意思是“一伙”、“一股”，顾名思义，捻军喜欢分批游击作战，内部有很多“旗”，总共推举出一个盟主，各个“旗”之间的联系不是那么紧密，他们不喜欢据守固定的军事据点，战斗力比起太平军而言要弱小一些。但是由于太平军起事的时候，捻军的很多首领都受过太平天的封号，与太平军有着千丝万缕的联系，比如此时的捻军盟主赖文光原本就是陈玉成的部将，所以要平定捻军，还是需要费不少精力的。

与在东南水乡作战不同，西北地区的人擅长骑马，捻军的骑兵也是勇猛异常。左宗棠命人从察哈尔买来三千匹战马，编成了四个营。从武昌走时，他从楚军中抽调了六千精锐，又让楚军将领刘典率一万两千人入陕帮办军务。此外，广东提督高连升、原湘军将领刘松山，都率众赶来听调。

左宗棠初到陕西，想起了一个老朋友王柏心，此人对这里的地形比较熟悉，又很懂策略，于是左宗棠请他来一同商议军事。王柏心对他的建议是，要对付捻军，就应当“缓进急战”，对于捻军的流动作战方式，必须经过充分的军事准备，之后再以迅雷不及掩耳之势突击敌军，才有胜算。此外，北地多山路，河运不济，粮草转运非常麻烦，于是王柏心建议他屯田以备军需，建立“车营”来对付捻军的骑兵。

左宗棠接受了这个建议，开始组建车营。他将每辆战车之上安装上了一门开山大炮，设车正一人，车勇四人，随车部队十人，并选出一名统领。如此共编了十五营，每营有战车三十八辆。早在千百年前，西凉羌人越吉元帅就将战车连成一片，大败蜀军，往后在《水浒传》中也有呼延灼铁索连环马的记载。可以说，这样的战阵利弊是很明显的，好处就在于整个部队紧密，行军的时候就成营，停下来的时候就成了阵，转换灵活多变，冲锋陷阵也是势不可当。但是这样的阵营也有其不便之处，就是用人力推车，显得笨重迟缓，转头也很慢，如果遭遇敌军突袭，近身肉搏也占不到便宜。所以这个“行则成营，止则成阵”的军事阵营，实际并没有太多用武之地。

左宗棠的军队没来以前，陕西的地方官对于捻军的态度多是“赶”，只要把捻军赶出自家的辖区就可以了，这样一来可以不打仗，不至于把事态扩大化，二来自己的地盘不出事，朝廷追究起来也没有自己的责任，省事省力，皆大欢喜。但是左宗棠却坚决反对这一政策，他的想法是彻底根除捻党。他给部下下达的命令是，不许捻军向西与举事的回民结合；不许捻军南渡渭水，逃窜河南；更不许捻军东渡黄河，扰乱京畿重地。

然而，天公不作美，这年冬天，黄河一带天寒地冻，左宗棠虽然严令防守，但由于黄河河面上结了冰，人马上行，如履平地。十一月，捻军趁机踏冰越过黄河，一路横冲直撞，流窜至山西、河南。到了同治七年（1868年）正月，西捻军甚至抵达了卢沟桥，意指京师。慈禧太后大惊失色，这帮匪徒都跑到家门口来了，这还得了！一怒之下，官文等人悉数被罢免。

在这样的情况下，左宗棠一面将陕西军务交给刘典负责，一面下令让刘松山、郭宝昌对西捻军紧追不舍。同时，自己亲率一军，回防京师。这个时候，李鸿章已经攻灭了东捻军，率领自己的淮军前来助剿，河南、山东等地的清军见腹地受袭，也纷纷蚁聚，援助京城。捻军首领张宗禹见情势紧急，便掉头准备突围南下。左宗棠赶回京师后，慈禧太后颁下懿旨，命左宗棠总理直隶军事。

左宗棠当机立断，奏请将会聚直隶的军马分成三队：第一队“近防军”，驻扎固安、涿州，专门负责保卫京师；第二队“助剿且防军”，屯兵于保定、天津、河间，一面守卫京城，一面协助剿乱；第三队为“进剿之军”，专门追击、剿杀敌人。

左宗棠自领第三军，主要负责追击南下的捻军。同治七年（1862年）二月，左宗棠部下刘松山、宗庆、张曜等人狂追捻军，连战连捷，并在饶阳赶上了张宗禹主力部队，一场激战之后，张乐行的侄子、西捻军二号人物张禹爵战死。这月底，张宗禹率领败军南渡滹沱河，被刘松山逮了个正着，大批没有来得及渡河的捻军将士遭到了杀害，张宗禹不敢停留，一路直奔河南。

这个时候，李鸿章也率兵赶来，左宗棠与他会合一处。此时，朝廷发来圣旨，叫李鸿章统领前敌各军，左宗棠专门负责防守直隶运河，不准捻军再次回窜。回到直隶后，左宗棠驻军于德州。张宗禹仍然试图进攻，再次率军赶到了静海，想要袭取天津，但是天津守军和英法炮船联合，凭借捻军此时的实力，无法撼动，于是张宗禹又折回山东。

很快，春去夏至，沧州一带暴雨骤至，运河水涨，洪水泛滥。捻军主要靠马，这一来就造成了大麻烦，道路由于大雨冲刷变得泥泞不堪，到处都是水洼、池塘，人走起来都很费劲，更不用说马了。再加上捻军是流动作战，客居山东一带，远离了自家大本营，因此，日子过得是苦不堪言。与此同时，清军却是驾驶着炮船，在黄河、运河之上来回巡视。相比而言，坐着大船四处游走，免去了许多车马劳顿。而捻军被河水突如其来的暴涨所困，进退维谷，覆亡只是时间的早晚了。

一开始，李鸿章主张“以守待变”，而左宗棠主张速战速决，而到了这个时候，眼看捻军大难临头，于是两人瞅准时机，商量准备给予“乱党”致命的一击。会剿的清军由战船不日运抵前线，捻军困饿至极，早已是不堪重负，于是一触即溃，四散奔逃，死伤无数。另一面，张宗禹指挥军队从山东茌平突围，李鸿章穷追不舍，张宗禹的部队在徒骇河边再次受困，此时淮军将领刘铭传追至，张宗禹见势不可为，翻身投入水中，他的捻军也被全部消灭了。

捻军平定之后，朝廷论功行赏，李鸿章自然当记首功，因此，朝廷给李鸿章“加太子太保衔”，荣升协办大学士，左宗棠也“加太子太保，记一等军功”。本来捻军祸乱之事可暂时平息了，但是因为据称张宗禹当时是投河了，活不见人死不见尸，徒骇河大战的时候，左宗棠又不在场，于是左宗棠便怀疑张宗禹投河的消息是否可靠，而且还派出了军队四处搜查。

这一来可是把李鸿章惹火了，因为早在太平天城破的时候，左宗棠就干过类似的事，差点害死了他的老师曾国藩。当时天京城破，曾国藩给朝廷上的折子是洪天贵福点了一把火，把自己烧死了。同时朝中流言四起，说天京城内堆着金山银山，于是，朝中有些贪财的大臣便向曾国藩讨要好处，而事实上整个天京都给连年的战乱败光了，哪里还有什么金山银山。曾国藩连年用兵，自己军饷都常常发不起，自然不会同意这些人的说法。于是朝中很多大臣都执意上折子，说天京富贵，湘军缴获了大量金银。朝廷就立马下旨，要曾国藩将这些“金银”上缴，以备拨用，另外，有人说曾国藩现在手握重兵，不得不防；又有人说听到了李秀成策反曾国藩，想要让曾国藩自立为王……曾国藩被这些谣言搞得百口莫辩，苦不堪言，左宗棠又在这个时候刺激了他一下，说曾国藩是谎报军情，洪天贵福没有死，而是破围出逃了。慈禧听后勃然大怒，怎么能让首逆出逃呢！再加上之前李秀成策反曾国藩的传言，更是使得慈禧忍无可忍，于是她立马下诏，敕令曾国藩将李秀成、洪仁押赴京城。哪知曾国藩早在李秀成劝他自立的时候就将他赶紧杀了，现在拿什么交差？好在曾国藩也是老谋深算，他深知朝廷对自己动手无非是怕他产生不臣之心，于是他赶紧上奏请求解散湘军，这样一来，朝廷对他的态度也开始有所缓和了。曾国藩虽然免遭横死，却也是惊出一身冷汗，知道左宗棠在背后捅了自己一刀之后，曾、左自此不睦，八年不相往来。在李鸿章看来，左宗棠这一次的做法与上次对付曾国藩是如出一辙，心里也很是生气，他写信给曾国藩，信中甚至将左宗棠比做了奸雄曹操，说左宗棠是“阿瞒本色”。