失了北疆之后，阿古柏令自己的二儿子海古拉守托克逊，马人得守吐鲁番，自己则退守距离托克逊八百里外的喀喇沙尔，随时准备逃跑。在托克逊、吐鲁番、达坂这三个要塞之中，数达坂最为坚固，阿古柏在这里也囤积了重兵。

由于在玛纳斯南城拖延了两个月，秋去冬来，新疆地区也是大雪封山，江淮弟子不比当地的土著士兵，都耐不住寒冷，加之这一时间粮草比较缺乏，朝廷新派的金运昌部五千援兵也还没有到。于是左宗棠下令军队休整，待来年春暖花开、冰雪消融之后再打。就这样，经过了一冬的休整，光绪三年四月十四日，左宗棠下令清军出击。刘锦堂率部出乌城攻打达坂，张曜率部出哈密攻打七克腾木关隘。

两天后，刘锦堂的部队抵达达坂城外，此时天还没有亮，城内守军由于清军长期休整，疏于防范，只有城外壕沟里不深不浅卧着的一潭死水算是个障碍。刘锦堂见沟里水不深，但淤泥足以淹没马腿，只能让士兵裹了马嘴，过泥淖，直抵城下。

待到天色大亮，城中士兵突然看到城外满是清军大旗，无不骇然，都奔走相告，军心变得委靡不振。双方很快就展开了火枪排射，互有伤亡。到了中午，刘锦堂骑马绕城观察敌情，被城内守军认出，开枪射击，枪弹打中了刘锦堂的战马和卫兵，刘锦堂却丝毫不惧，换了一匹马继续观察。

四月十八日，敌军有小股援兵赶到，结果都被清军剿灭。这天下午，城中溜出的百姓通风报信，说是城内守军见援兵不至，想要突围逃走。刘锦堂下令各营点起火把，防止敌人走脱。十九日，清军在城外筑起了炮台，对准达坂城一阵猛轰，其中一颗炮弹命中了城内军火库，引起了连环爆炸，一时之间达坂城变成了一片火海，守城官兵打开城门，混在百姓之中逃窜，清军严守四门，结果总管爱伊德尔呼里等一百多名敌军将领悉数被捉住。这一仗击杀敌军两千多人，俘获一千三百人，枪炮利器更不在少数。

达坂城告破，使得清军军心大振，刘锦堂快马加鞭更进一步，兵分两路，袭取吐鲁番和托克逊。托克逊守将海古拉自知不是对手，便下令点起一把火，烧城逃跑。清军可以说是不战而胜，轻松进驻托克逊。

另一边，在老湘营攻打达坂的时候，张曜的部队也对敌军发起了猛攻，七克腾木关隘不日而克，四月二十六日，西征军兵锋已经触及到了距离吐鲁番十多里的外垒，城中守军一拥而出，希望趁清军立足未稳之时，打对方一个措手不及，未料刘锦堂连战连捷之后，对吐鲁番方向派来了援军，两军会合一处，前后夹击，敌军腹背受敌，又不知清军到底有多少，很快就土崩瓦解，全军溃散。这样，吐鲁番也被清军掌控，整个南疆门户大开。

阿古柏见自己兵败如山倒，惶惶不可终日，终于在五月二十九日于库尔勒服毒自杀。此前弃城而走的海古拉听到父亲自杀的消息后，将自己劫掠而来的财宝全数交给了白彦虎，让他留守库尔勒。而自己用牛皮裹住父亲的尸体，载上车子，往南逃奔。谁想当他经过克孜勒苏河时，遇上了兄长伯克胡里，被伯克胡里杀死，阿古柏的尸体也被伯克胡里抢走，运往喀什噶尔城。

就在西征大军连连告捷的时候，英国使者又一次来到中国，试图说服清政府停止进军，就让阿古柏后人在那里建立一个小王国，而且权臣李鸿章素来不愿意在新疆这片“化外之地”花太多钱，朝中大臣也对西征多有异议。驻英使臣郭嵩焘认为，现在如果能在一个月内收复新疆，那是最好，英国人也就没有什么好说的了，如果长时间打不下来，那就不如罢兵议和。慈禧把这份折子交给左宗棠看，左宗棠稍稍一看，便嗤之以鼻，劈头盖脸就是一阵痛批。在他看来，这些人端坐朝堂，远在千里之外，对自己这里的情况都是捕风捉影，一知半解，却还要局外论事，评头论足。他给朝廷的回答是：“兵不可停！”态度坚决而果断，毫无商量的余地。

九月，西征军继续进攻，留守库尔勒的白彦虎此时毫无战心，弃城逃向库车城。刘锦堂狂追不舍，一路上多有被胁迫出走的百姓掉队，伏路而哭，哀声遍野。十月十八日，清军与敌人在库车城外发生了一场遭遇战，刘锦堂趁双方激战正酣之时，以骑兵突袭敌军背后，敌军主将马由布被杀，手下军士四散逃亡，库车告破。二十四日，刘锦堂率军抵达阿克苏城下，此时城中守军早已逃跑，老百姓开城门迎接清军入城，阿克苏被成功收复。二十六日，清军在乌什城外再一次大败白彦虎，斩杀其部将十六人，白彦虎逃走，清军开进乌什，南疆东四城全部收复。清军连连逼近，使得困守叶尔羌、英吉沙尔、和阗、喀什噶尔四城的敌军草木皆兵，原本投降阿古柏的清军将领何步云率先起来反抗。何步云在阿古柏占领新疆的时候，曾被迫投降了他，还不得已把自己正值花季的女儿嫁给了老头子阿古柏做了小妾，自然对他是心中痛恨，伺机起事。

原本喀什噶尔分满、汉两个城，何步云守汉城。当时他见到清军势大，白彦虎、伯克胡里等人被追得抱头鼠窜，便和部将一同起事，在汉城据守，只等清军到来。伯克胡里听说何步云反了，顿时怒火中烧，下令杀死了英吉沙尔城内的所有汉人，并且伙同白彦虎等人，兵分三路攻打何步云的汉城。由于敌军势大，何步云渐渐不支，眼看城池将破，城内生灵又要遭到涂炭，而此时刘锦堂的军队及时赶到，从背后猛击敌人，城内守军眼见绝处逢生，欢呼雀跃，一拥而出，接应清军。刚刚还在城外摇旗呐喊、耀武扬威的敌军腹背受敌，惊慌失措，人马践踏，刀枪相撞，死伤不计其数。白彦虎等人拼死逃走，直奔喀什满城扼守。但这些人还立足未稳，清军追兵又到，城内军民纷纷开门投降，阻拦不住。白、伯等人情知不守，便留下一部分亲信在城中缠住清军，自己则携珠宝逃走。

刘锦堂打破城池之后，发现再度逃走了白彦虎、伯克胡里，恼怒异常，当即调来部将余虎恩、黄万鹏，吩咐二人道：“贼首不除，不足以平民愤，你二人快马加鞭再进一步，速速追去，务必将贼首拿下！”此刻连战连胜，清军将士也都不觉得疲惫了，于是余、黄二将带兵出城，在降兵的指引下，以风雷之势分头追袭敌军残部。余虎恩向西追伯克胡里，黄万鹏则向西北追白彦虎。两支军队马不停蹄，一直追了一天一夜，先是余虎恩赶上了伯克胡里，双方大战一场，伯克胡里军无战心，大败而逃，清军斩首一千五百余，还俘获了贼酋家属四百多人，只是伯克胡里混在乱军之中逃脱，还是没能抓住。黄万鹏则是在岌岌槽赶上了白彦虎，白彦虎回头奋战，清军奋勇，全歼了白彦虎部。白彦虎一马飞奔，死命往北逃走，黄万鹏舍命追赶，再过一天一夜，到了恰哈玛那，眼看白彦虎就在前方不远，而且是人困马乏，跑不动了，但因为是中俄边界，当地的俄属布鲁特人不让清军过境，黄万鹏只能眼睁睁看着奄奄一息的白彦虎钻进了一片大树林，消失在自己的视线当中。

就在余、黄二将穷追不舍的时候，刘锦堂率领部队直指叶儿羌、英吉沙尔。城中守军早已听说伯克胡里、白彦虎在乱军中走失，下落不明，于是未敢迎战，开门投降。清军如入无人之境，不战而捷，叶儿羌、英吉沙尔收复。很快，和阗也被清军攻破，南疆四城全部光复。

至此，除了被俄国占据的伊犁外，被外敌霸占十三年之久的新疆全部收回到了大中华版图下。这一次西征，左宗棠虽未亲临战场到第一线冲锋杀敌，但他的部署策划起到了决定性的作用。首先就是他虎口夺食，硬是从“海防派”手里抢回了几百万两的军费，是为西征大军开启的第一步；自古千里行军，师不宿饱，左宗棠每攻克一地，就在当处开荒屯田，解决了军粮运转不济的问题；先北后南、缓进急攻的战术更是以风雷之势完破敌军，除去大军休整、屯田的时间，清军在新疆的实际作战时间加起来只有九个月，可谓神速。

当时左宗棠收复新疆的消息传到国外，西方报纸对于这一次用兵给予了高度评价，说：“左钦帅急先军食，谋定而往，老成持重之略，绝非西人所能料。”由于当时中国对外作战屡屡失手，西方人也就很自然地认为中国人不会打仗，而左宗棠这一次远征新疆，静若处子，动如脱兔，挟风雷之势以短短九个月的时间克复千里新疆，着实给洋人们上了一课，也极大地鼓舞了国人的士气。