一、双方作战部署
1876年4月7日，左宗棠从兰州移驻肃州，就近指挥部队向新疆开进。从肃州至哈密全程1580里，人烟稀少，水草缺乏，行军十分困难。肃州至安西一段660里，清军的开进方法是，先将甘州、凉州的粮秣运至肃州，再由肃州运至玉门，然后第一批部队开至玉门就食，接着把玉门存粮用私驼运至安西，腾出官车官驮回肃州转运第二批粮食，第二批部队再随之出发。余均仿此办理。部队到达安西后，稍作停顿，再分批前赴哈密。安西至哈密一段920里，一路戈壁，每个宿营地的水源仅够千人百骑之需，故每批只限1000人，裹粮而行。
左宗棠到肃州后，与老湘军统领、总理行营营务刘锦棠“熟商进兵机宜”，随即令其率主力马步24营（步队17营、马队7营）分4批出星星峡，向哈密进发。刘锦棠令记名提督汉中镇总兵谭上连率部先行，然后记名提督宁夏镇总兵谭拔萃、记名提督陕安镇总兵余虎恩率部相继出发。4月底，刘锦棠亲率余部启程。
其后，提督陶生林又率马队1营由肃州向古城进发，于是出关老湘军总数达2 5营。不久，记名提督徐占彪率所部蜀军马步5营出关继进。左宗棠限令各军于7月下旬赶至古城集结待命。当时，广东陆路提督张曜所部河南嵩武军马步14营和总兵桂锡桢的马队1营1起（1起相当于半个营），驻于哈密；金顺所部马步39营（包括归其统辖的景廉旧部马步19营）和凉州副都统额尔庆额的马队1营1起，驻于巴里坤、古城一带。刘锦棠等部顺利完成开进和集结任务后，出关各军总计有80余营，加上原驻新疆的伊犁将军荣全所部8营（驻塔尔巴哈台）、哈密办事大臣文麟所部4营（驻哈密），总兵力约六七万人。此外，在星星峡以东，左宗棠尚部署有20余营担任警戒，并起战略预备队作用。左宗棠自率亲兵数营在肃州坐镇指挥。“其前路进止机宜，悉委总统湘军刘锦棠相机酌度”①。根据“先北后南”的既定方针，为收复乌鲁木齐，左宗棠作了如下具体部署：
（一）令张曜率军防守哈密，阻止吐鲁番之敌东犯。左宗棠特别提醒他不要分散使用兵力，应于险隘之所深沟固垒，多掘梅花形陷马坑，错落布置，彼此联络，以助其险。如敌窜入哈密境内，应立即痛剿，不许其残部窜入甘肃，以确保后方安全。
（二）今徐占彪率所部5营扼扎木垒河、奇台、古城一带，保护粮道，并防白彦虎回窜哈密。
（三）令总兵徐万福率军3营，中军副将尚北嘉领兵1营，驻扎安西、玉门，万一敌军残部窜入，立即痛剿，不使漏网。
（四）令刘锦棠与金顺负责攻占乌鲁木齐，并令金顺分兵一支防止乌鲁木齐之敌败窜玛纳斯。
乌鲁木齐位于东西天山接合部的北麓，三面环山，北部与西北部较为开阔，但有古牧地（今米泉）作为屏障，南面有天山作为依托，形势比较险要。左宗棠认为：“官军必先攻古牧地，撤乌垣、红庙②之藩篱，乃可成捣穴犁巢之举。”③
阿古柏得知清军西进的消息后，急忙从阿克苏赶到托克逊，调兵遣将，部署防御：命妥明余党马人得、马明和白彦虎分守乌鲁木齐、昌吉、呼图壁、玛纳斯、古牧地等地，企图以天山为依托，以乌鲁木齐为支柱，控制南北疆的交通要冲，阻止清军南下；以重兵防守达坂城及其东南狭窄河谷，防止清军从乌鲁木齐向吐鲁
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①魏光焘：《戡定新疆记》，清光绪二十五年铅印本（下同），卷2，第8页。
②红庙，指乌鲁木齐汉城，即迪化州城，位于乌鲁木齐城东南3里。该地山色皆赤，上建玉皇庙，以赤土涂壁，故名。
③左宗棠：《出关诸军进至古城留防要隘折》，见《左文襄公全集·奏稿》卷48，第61页。
番、托克逊方向进攻；以一部兵力控制胜金台、辟展（今鄯善）、七克腾木（今七克台），防止清军从哈密、巴里坤向吐鲁番进攻。阿军主力部署于吐鲁番、托克逊。阿古柏本人在托克逊亲自督战。上述各地的阿军兵力总数约4万人。
二、古牧地之战
1876年7月上旬，刘锦棠率部进抵古城，侦知马人得踞乌鲁木齐，白彦虎踞红庙，马明踞古牧地。根据当面敌情，刘锦棠于7月21日亲赴济木萨，与金顺筹商进军事宜，并察看地形。28日，金顺与刘锦棠两军进驻阜康城。此时，阿古柏因怀疑马明私通清军，已将其逮往南疆，古牧地改由王治、金中万率兵数千防守；白彦虎等则由红庙移防古牧地。阿古柏又派出部分侵略军前来助守，使古牧地的防御兵力有了增强，但工事构筑尚不坚固。刘锦棠根据敌情变化，且考虑到当时正值麦豆收获季节，有粮可因，“虽后队尚未到齐，然师期不宜再缓”①，便毅然决定提前进攻古牧地。
阜康至古牧地相距百里，有路两条：一条是大道，由阜康向西20里至西树儿头子，有废渠可引县西之水饮用，但再西行50里至黑沟驿，中途仅甘泉堡有井一口，可供百人一日之需，余均戈壁，无水供应；另一条是途经黄田的小道，水源充足，但敌军已在此筑卡树栅，严密防守。显然，敌人企图引诱清军沿大道前进，跨越50里戈壁，陷入前阻坚城，人马渴乏的困境，然后乘隙而攻之。
刘锦棠经过调查研究，决定将计就计。8月8日，他率军一部进至阜康城西10里处，修浚沟渠，将水引至西树儿头子，就地筑垒。翌日，又派出马步各队于甘泉堡掘井挖渠，佯装要从大道进
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①左宗棠：《会师古牧地坚巢克复乌鲁木齐迪化州城大概情形折》，见《左文襄公全集·奏稿》卷48，第73页。
攻。驻黄田之敌以为清军中计，、疏于防守。10日夜，刘锦棠和金顺所部突然沿小道偷袭黄田，于次日凌晨抵达后，迅速抢占附近制高点。接着，金顺军从右路，刘锦棠军从左路，向据守黄田忙栅之敌发起猛烈进攻。守敌突遭袭击，阵势顿时大乱，纷纷向占牧地狂奔。刘锦棠等率部追击至古牧地，鉴于城池坚固，无法一一鼓而下，便率部回驻黄田。西征军打响了进疆后的第一仗，首战告捷。
8月12日，清军逼近古牧地，分扎城东及东北。次日清晨，阿古柏派往北疆的数千骑兵从红庙来援，古牧地守敌则已在城东及东北山地筑垒，加强了外围防御。据此，刘锦棠决定先扫外围，而后再攻坚城。他当即命余虎恩、黄万鹏等率骑兵奔赴山前监视敌人；命步兵分别攻取山垒和南关；命炮兵筑造临时炮台，配合步兵轰击据守山垒和南关之敌。战斗打响后，清军步骑兵在炮兵配合下，勇猛冲入敌阵，很快占领了山垒和南关，扫清了古牧地外围据点。守敌退入城中，阿古柏派来增援的骑兵则向南逃窜。
刘锦棠与金顺策马巡视古牧地，知敌守备甚严，必须强攻，遂令各营四面包围敌人。同时，抽派兵勇在四周赶修炮台，并要求炮台必须高过城墙一丈。8月15日，炮台全部竣工，刘锦棠令谭拔萃率千总庄伟等用开花大炮轰塌东北面城墙，并对准缺口连续轰击。次日，将开花大炮移至正东，又轰开另一缺口，继以开花小炮及劈山炮连续轰击，防敌堵塞缺口。8月17日黎明，炮兵轰开南门，攻城部队冲入缺口，向敌投掷火药包。后续部队迅速挖土填沟，涌入城中，与敌展开巷战。这时，金顺部亦从城东北入城，两军对进攻击。守敌大部被歼，少数由缺口逃出者，亦被预伏之清军歼灭。守城头目王治、金中万及阿古柏部将多人被击毙。白彦虎未在城中，幸免一死。
这次战斗，共歼敌近6000人（包括阿古柏兵358人），缴获战马200余匹以及火药、硝磺数千斤。清军亡158人，伤450人。
三、乌鲁木齐之战
清军攻克古牧地后，缴获了王治、金中万给乌鲁木齐的求救信一封，上有马人得的批复：“乌城精壮已悉数遣来，现在三城（指乌鲁木齐、迪化州城及妥明所筑之伪王城）防守乏人，南疆之兵（指阿古柏军）不能速至，尔等可守则守，否则退回乌城，并力固守亦可”①。刘锦棠得此重要情报后，当机立断，决定抓住时机乘虚蹈隙，除留下两营扼守古牧地外，率领大军于8月18日黎明急速向乌鲁木齐挺进，途中不战而下七道湾堡。行至距乌城10里处，侦骑探报乌鲁木齐守敌正纷纷向南逃窜。刘锦棠当即命余虎恩率骑兵3营、谭拔萃率步兵4营由左路追击；命黄万鹏率骑兵一部、谭上连率步兵4营由右路追击；命谭慎典等率步兵3营向乌城疾进。白彦虎、马人得没有料到清军来得如此神速，一闻炮声，即弃城向达坂方向逃跑，因而清军轻而易举地收复了乌鲁木齐。阿古柏所遣援军5000骑行至达坂时，闻乌城已失遂止。
乌鲁木齐收复后，左宗棠命刘锦棠部驻守该城，搜捕残敌，处理善后事宜；命金顺挥军西进，攻取乌鲁木齐以西各城。盘踞于昌吉、呼图壁、玛纳斯北城之敌闻风丧胆，未等清军到达即弃城先逃。惟玛纳斯南城之敌，凭借城垣坚厚，地形有利，负隅顽抗。9月2日起，金顺督军从昌吉向玛纳斯南城进攻，久围不克。10月4日，刘锦棠派罗长祜、谭拔萃、董福祥等率部增援。10月13日，伊犁将军荣全亦率部前往合攻。直至11月6日，才将玛纳斯南城拿下。至此，天山以北除伊犁地区外，所有敌占据点全部收复。这时，冬季来临，大雪封山，不便进行大规模军事行动。于是，清军一面继续肃清残敌，征集粮秣，设立采运机构，一面就地整训
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①左宗棠：《详陈攻拔古牧地克复乌鲁木齐迪化州城战状请奖恤出力阵亡各员弁折》，见《左文襄公全集·奏稿》卷49，第3页。
部队，为进军南疆做好准备工作。
清军收复北疆，掌握了战争的主动权。特别是乌鲁木齐的光复，大大改善了清军在新疆的战略态势，解除了敌军窜犯内地的后顾之忧，为尔后进军南疆创造了有利条件。诚如左宗棠所说：“不得乌鲁木齐，无驻军之所，贼如纷窜，无以制之，不仅陕甘之忧，即燕晋内外蒙古，将无息肩之日。若停军巴、古以东瘠区，兵少无以扼奔冲，兵多徒以耗军饷……断难为持久之计”①。北疆的收复，充分证明了左宗棠“先北后南”、“缓进急战”方针的正确。
