年已65岁的左宗棠深知责任深重，面前的困难有如穿行西北大漠之艰巨。西征军事筹饷比筹兵艰难，筹粮又比筹饷更艰难，而筹运又比筹粮困难更甚。由于路程十分遥远，各地城池相隔动辄数百上千里也不为稀奇，一路沙漠戈壁纵横，水源奇缺。针对这一现状，左宗棠深思熟虑，首先统一了事权，精兵减员，制订了“缓进急战”的战略部署。西征兵员经淘汰裁员以后，有金顺所辖39营，张曜14营，刘锦棠24营，徐占彪5个营，共82营，兵员约8万人。预计第一年需饷银1000万两，以借洋款，政府拨款，各有关银号接济解决。筹粮一事统筹安排，分节转运。运法上，车骡所运虽多但消耗过大，车装骡负的粮草走30天，就把所装粮草消尽；骆驼运载虽少，走30天尚有余粮，如行经草地所需更少。由于万里转运，费用极大，每100斤粮运费就需8到15两银子。粮食的采购地区主要有三个：甘州、凉州、肃州一带；宁夏、包头、归化一带；另外就是在外蒙乌里雅苏台和科布多等地采集。通过计算，左宗棠把粮运主要分为两路：南路以甘肃为起站，在甘肃采购粮食，用牛或骆驼运至安西，再全部改用骆驼运到哈密贮存；北路以归化为起点，在包头设一分局采购粮食全用骆驼经内蒙小草地运到镇西储存。一年运下来北路每100斤运价只要8两，南路却要15两，左宗棠又利用与俄人的交易得粮500万石存于奇台。经过两年多的努力，截止到1876年3月，哈密存粮达2900万斤；奇台存粮约400多万斤；古城、巴里坤各储粮1000余万斤。
粮食问题基本解决之后，左宗棠根据自己丰富的地理知识，知道肃州至哈密戈壁相连，水源供应一次不过千人，所以命令诸军次递跟进，分道聚合。为解决西征军枪炮修造问题，左宗棠在1873年春，在兰州的南关地方开办了一个小型兵工厂——兰州机器局，部分解决了枪炮的修造和弹药的供应问题。一切准备停当，方才用兵进剿，战事未开，左宗棠已胸有成竹、胜券在握了。
5.左公树柳，玉门春风
左宗棠呕心沥血，经过长期艰苦准备之后，在光绪二年（公元1876年）三月，设指挥部于肃州。四月左宗棠从兰州驰抵肃州，指挥刘锦棠等率领的西征军主力挺进新疆。西征军的铁拳伸向乌鲁木齐，一时群魔丧胆。为了更有效地打击顽敌，左宗棠又制订了剿抚兼施的作战方略，以收政治军事并重之效。攻心战略的施行既可瓦解敌军，又可为战后的重建奠定基础。根据新疆南低北高的地形特点和南北不同的战略地位，左宗棠又确定“先北后南”的进兵方针。即先收复乌鲁木齐，扼其总要，然后相机南进，再整军进取西八城，索回伊犁。左宗棠调兵遣将：令张曜部守哈密，继续兴屯，并防止阿古柏由吐鲁番来犯；令徐占彪部驻镇西以卫后路；以谭上连部为前锋，谭拔萃部后继，余虎恩部殿后；令金顺部迂回到济木萨，各军皆归刘锦棠节制。光绪三年（公元1877年）六月，刘锦棠和金顺相约进驻阜康，对乌鲁木齐发动进攻。刘锦棠部克复黄田、古牧后，得知乌鲁木齐空虚，以迅雷不及掩耳之势攻占了乌鲁木齐。西征军取得一个又一个胜利，到隆冬时节已完全控制了天山北路。光绪三年三月，徐占彪部会同张曜部收复了鲁克沁、哈拉等地；罗长佑部收复了吐鲁番满汉城；继而，刘锦棠率军收复达坂、托克逊两城。阿古柏见大势已去，在库尔勒服毒自杀，其子海古拉负尸西窜，被其长兄柏克胡里杀死。左宗棠调度各军继续西进，所向披靡。光绪四年（公兀1878年）二月，天山南北全部平定。清廷论功行赏，左宗棠由一等伯爵晋升为二等侯爵，刘锦棠等各路将领也悉得奖赏。
但是，西北问题并未完全解决。伊犁仍在俄酋手中。清政府多次提出交涉，要求俄国履行诺言，归还伊犁。俄国不仅不想归还，还想进一步扩大权益，大肆挑拨少数民族与中国中央政府的关系。说什么如其做弱国的奴隶，不如做强国的臣民。富有强烈爱国思想的左宗棠凭借丰富的军事经验和对敌我形势的分析，指出收复伊犁的迫切性和必要性。他向朝廷奏报说：“俄人占伊犁后，兵员、商户都集中在伊犁东南的惠宁、熙春、宁远三城，西北旧四城空无一人。其意在于扼守并向东争地，由于俄人在中亚的急剧扩张，伊犁和喀什噶尔已与俄界相邻。所以决不能把这块膏腴之地用以资敌，更不能使这块兵家必争之地成为俄人扩张的跳板。所以要巩固西北全局，必须收回伊犁。”
左宗棠向清廷建议：“先之以议论，委婉而用机；次决之战阵，坚忍而求胜。”他主张在沿边修筑防御工事，在西部旧四城屯兵防守，东三城住户应给予便利让其西返。南八城收复之后，军粮可基本自给。而俄国正忙于巴尔干战事，无暇东顾，应乘此良机，收回伊犁。清廷得到左宗棠的疏报，派侍郎崇厚出使俄国。俄国在巴尔干战争中没能得到便宜，因而有失之东欧，求之中亚的意思。崇厚极端昏庸，又不明伊犁情形，结果只收得伊犁一座孤城，还要赔偿俄国白银280万两，割让伊犁南部最富有的特克斯河流域等若干土地。这不仅使伊犁失却富源，还使它陷于俄国三面包围之中，锇国可随时顺伊犁河而下，占伊犁有如探囊取物。就全疆来看，这一地区是通往山南的咽喉，如划归俄境，则南北不通，南疆孤立。清廷闻报，将崇厚定为斩监侯，令驻英、法公使曾纪泽为驻俄公使与俄交涉。
曾纪泽，字劫刚、曾国藩长子，从小受到严格的家教，长期学习英语，学有专长，有强烈的爱国心，他曾对慈禧太后说：“办洋务难，在外国人不讲理，中国人不明事势。中国臣民常恨洋人不说了，但须徐图自强，乃能为济，断诈毁一教堂、杀一洋人便算报仇雪耻。现在中国人多不明此理……”曾纪泽任驻俄公使后不辱使命，对俄国的威逼利诱、战争恫吓，毫不为其所动。他利用俄将重新在东欧开战的有利形势，折冲樽俎，与俄重新签订条约，把特克斯河流域全部收回。这是中国外交史上第一次取得的重大胜利。曾纪泽虎口夺食，连俄国人都承认这是从来没有过的事。曾纪泽堪称中国近代史上的一位伟大的外交家。
为收回伊犁，左宗棠密切配合，以武力作为外交后盾。长期的戎马征战，左宗棠已是疾病缠身，他自己说：“经常腹泻，腰部酸痛麻木，筋络不舒，心血耗散。”然而，为收回伊犁，左宗棠不顾自己69岁的高龄，怀着为国捐躯的英雄气概，抬着棺材，与大军同征，一时使将士感奋，军心悲壮。他作了周密的军事部署，兵分三路：东路由张顺率领，防卫精河一带，防止俄军进犯北疆，暂取守势；中路由张曜率领，从阿克苏沿特克斯河过北岭，直捣伊犁南面，取进攻态势；西路由刘锦棠率军从乌什经乌鲁特游牧地进军伊犁西南面，以切断俄军从浩罕援伊犁之道。另外还在喀什噶尔、阿克苏、哈密分屯重兵作后援，在靠近俄界的塔城增派兵力驻守。中国军队的严阵以待，成为收回伊犁的可靠保证。
左宗棠不仅是一位叱咤疆场的军事家，对政治、经济、文化也有重大建树。收回新疆以后仅靠军事力量是远远不够的，马上打天下，但不能马上治天下，必须逆取而顺守之。他对新疆的建设主要有以下几个方面的贡献：第一，修浚河渠。新疆多沙漠，水源奇缺。左宗棠令军队在休战期间修渠，雇用民工疏浚，在吐鲁番开凿坎井达185处之多；第二，广兴屯垦。在河渠两旁广辟耕地，军民垦地达6．7万亩，这既可部分满足军需，又利于人民的安居乐业；第三，改良桑蚕，清丈土地。新疆桑树虽多，但过去不养蚕抽丝，而是取桑葚代粮。左宗棠派出专家教民喂蚕、缫丝，对改善民生效益极大。地亩的清丈目的在于均衡地赋，使农民的税额趋向公平。货币的统一也为新疆商业和经济的发展起了促进作用；第四，治国之道在于文武兼济，以德治民。新疆文化较落后，汉语、维语隔阂难通。为使政令通行、民心团结，他多建学塾，力求让新疆每一个儿童都能读书识字，通晓这两种语言。左公此举真是功在千秋。
鉴于新疆重要的战略地位，左宗棠上奏清廷在新疆设行省，以收长治久安之效。清廷为此多次详查新疆的地理、政情，作了建省的准备。左宗棠在新疆卓有成效的建设，为建立行省创造了物质基础。公元1884年11月，清政府宣布在新疆设行省，以刘锦棠为新疆第一任巡抚。行省的设立，对于开发新疆、巩固西北边防意义深远。
这以后，左宗棠先后管理过兵部事务，治过水患，任过两江总督和军机大臣等要职，中法战争爆发后，他以74岁的高龄任钦差大臣查督中法战情，为部署抗法军事而亲临海防前线。“春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干”。1885年秋，左宗棠在福州军次与世长辞。
在中国近代史上，左宗棠是一位颇有名气的儒将。他出身寒微，从小喜读致用之书。父母早亡，其一生道路坎坷不平：为了糊口，曾教书、经商、从事农耕，40岁之前，功不成，名不就。40岁以后，他依靠师长、朋友的推荐，凭借他精通韬略，足智多谋，开始为清朝建功立业，直到封疆大吏。他一生光辉的顶点，就是收复新疆，坚决抵御外来的侵略，特别是他抱定马革裹尸还的英雄气概，永远都值得后人敬仰。不仅如此，他在加强民族团结，维护新疆人民的利益方面所做的贡献，也是令人难忘的。
应该指出的是，左宗棠镇压过太平军和捻军等农民起义武装。这在许多人看来是其历史的污点，而在清朝封建统治者眼中，则功莫大焉。