1876年4月。随着大军出关日期的日益临近，天气也变得越来越暖和了，春天的足迹悄然来到了左宗棠所在的肃州大营。大营四周一片热闹祥和的气象。士兵们脱去了沉重的冬装，在长满青草的草地上紧锣密鼓地操练着。肃州周边的老百姓听说左宗棠为了方便指挥收复新疆之战，亲自驻扎战略前沿，都很兴奋，他们拿出了冬藏的沙枣、蜜瓜，前来犒劳将士们。
看到这一切，左宗棠的信心更足了。战士用命、百姓支持，胜利就有了可靠的保障。他坚信，只要他一声令下，数万清军就会迅速完成收复新疆的历史重任。
然而，作为收复新疆一役最主要战将的刘锦棠，却并不像左宗棠那么乐观。作为统帅，左宗棠自然可以举重若轻，而作为战将的他，却不得不举轻若重。每当大战来临，他都非常注意士兵的状态。多年的战斗经验使他形成了这样的一种理念，那就是战前准备的任何疏忽，哪怕只是一点点，都有可能导致战斗的失败。
最近军队的一些情况令他感到担忧。他所统率的一万多军队，除了董福祥率领的少数军队外，都是湘军，士兵绝大部分来自湖南。这些人，习惯生活在山清水秀的江南，来到陕甘作战已经很不适应了，现在听说又要去比陕甘环境还要恶劣百倍，满是沙漠戈壁的新疆作战，都不太愿意，甚至有些畏惧。
作为收复新疆一役绝对主力的湘军尚且如此，其他部队就更加不要说了。金顺、张曜、董福祥等人的部队，全在看湘军行事。湘军勇猛向前，他们就紧追；湘军畏战，那他们也不敢向前。得知这些情况后，刘锦棠认为，必须想办法提升湘军的士气，否则全军萎靡，不能打胜仗。
这是关系到新疆作战能否胜利的大事情，刘锦棠不敢擅自做主，只得去请教左宗棠。刘锦棠走进左宗棠大营，略显焦急地对他说：“季帅（左宗棠，字季高），目前军队的情形有些令人担忧。湘军中有不少人畏惧去新疆打仗，而金顺、张曜、董福祥等部一向唯湘军马首是瞻，湘军畏战，他们也不敢向前。如果任由这种情绪蔓延下去，势必影响作战。当年，我军奉命北上‘剿捻’，很多人不愿意，我叔叔（刘松山）大怒，当即诛杀了几个为首的，这才稳住军心。现在虽然可以用当年的老办法，但总是这样，难免会使士兵轻视我们，影响军令的畅通。所以，我有些踌躇。还请季帅拿个主意。”
左宗棠一听，也觉得这是一个大问题。思考了一会儿后，他想出了一个绝妙的应对办法，随即吩咐刘锦棠如此这般地去做。刘锦棠得了主意，心满意足地离开了左宗棠大营。
第二天，左宗棠坐着一顶八抬大轿，故意从董福祥军营旁路过。士兵们听说左宗棠来到，都围在两旁观看。突然，从人群中冲出一名老兵，直奔左宗棠所乘的大轿前，高声叫喊，左宗棠的随从亲兵怎么拉他也拉不动。左宗棠认为他是疯子，坐在轿中并不理睬他，并且示意抬轿的士兵赶紧前进。
抬轿的士兵刚要启动，那老兵说的一段话，令他们立即停止了脚步。那老兵朝着轿中的左宗棠大声喊道：“我是老统领派来的。老统领要打先锋，为国家收复新疆。但是现在，我们无衣无食，怎么跟随老统领打仗？请宫保大人发一个月满饷，大家吃饱喝足，才好跟随老统领去打新疆。”
老兵所说的老统领指的是刘锦棠的叔叔刘松山。刘锦棠现在所指挥的军队，其主要班底是刘松山搭建的。董福祥当年就是被刘松山降服的。刘松山此时虽已不在人世，但他在这支军队中，依旧拥有着至高无上的声望，仍被士兵们尊敬地称之为“老统领”，而刘锦棠则被称之为“少统领”。
当大家听到老统领英魂下凡，并且要带领他们去打新疆后，既敬畏，又感动，满腔热血顿时沸腾起来。
左宗棠见大家都被感动了，连忙命令在场的士兵对着天空顶礼膜拜，向刘松山致敬。
那个老兵闹了一阵后，突然眼前一亮，清醒了过来。刘锦棠从他身上的号衣看出，他是董福祥的部下，于是下令他归队。
第二天，刘锦棠命下属将董福祥叫来，责备他说：“你是怎么带兵的，怎么连疯子也收留军中？”
董福祥丈二和尚摸不着头脑，满脸狐疑地说：“这人平时好好的。在营中已经五年，从来没有犯过什么过错。不知道怎么的，突然间就发疯了。”
刘锦棠道：“你去把他叫来，我要亲自问问他。”
董福祥得了命令，立马赶回营中，带着那位老兵来到刘锦棠营中。刘锦棠问他说：“你昨天是怎么回事？”
那老兵显得很害怕，战战兢兢地说：“我也不知道怎么回事。当时我只觉得有一阵冷风吹过，不知不觉间，老统领突然来到我的跟前。他命令我对宫保大人说那么一段话。后来我也不知道自己干了些什么。”
刘锦棠听罢，对着董福祥感叹道：“看来是我们亏待了士兵们，连我叔叔也看不过去了。应该给他们发一个月满饷，口粮标准应该定高一些，多置办些衣服。”
董福祥从刘锦棠大营回来后，发薪、发衣服、提高口粮标准的消息立马就传遍了整个军中。大家都觉得这是刘松山在天之灵照顾他们，故意下凡来提醒左宗棠和刘锦棠要善待士兵。在这种情绪的感召下，他们都认为，应该竭尽全力打赢新疆这一仗，完成老统领的心愿。
左宗棠见大家的情绪被充分调动了起来，非常高兴，立即命令全军设祭，致奠刘松山。士兵们满怀感情地烧化纸钱、车马、衣服，祭祀老统领。一时间，到处火光冲天。随着火光的升腾，军队的士气得到了极大的提升。
发生这件事后，各种流言开始在军中迅速传播，有人甚至说，老统领已经到了嘉峪关，正在催少统领制备寒衣万件，准备出关。这些流言一传十，十传百，越传越神乎，而听到的人大多深信不疑。
自此以后，湘军士气大振，部队中人人摩拳擦掌，个个奋勇争先，以前那种畏葸不前的风气彻底一扫而空了。左宗棠还煞有介事地将这件奇事告诉坐镇兰州、主管军需物资转运的刘典，并且说：“刘松山‘牺牲’后，每次我军遇到大战，他都会托梦给他的部下。忠义之灵，就在我们的身边啊。”
其实，这一切都不过是左宗棠、刘锦棠和那个老兵联手演的一场戏而已。当时的中国社会，普遍盛行迷信思想。左宗棠正是利用了士兵们的这一点，找来那位老兵，共同演出了这么一场刘松山下凡的好戏。其目的很明显，就是要借刘松山的威望，鼓舞军队的士气，以便开展下一步的军事行动。士兵们，包括董福祥等将官，都被蒙在了鼓里，毫不知觉。
解决了最紧要的士气问题后，左宗棠、刘锦棠终于可以放心地将军队开进新疆了。4月26日，刘锦棠亲率清军主力从肃州开拔，前往新疆，正式拉开了收复新疆战役的序幕。
当时清军的兵力是这样的：主力是刘锦棠所率领的湘军二十五营，每营官兵五百人，合计一万七千余人。除董福祥外，刘锦棠麾下的名将还有黄万鹏、余虎恩、谭拔萃、谭上连、罗长祜、方友升、谭慎典（生平事迹不详）等人。
黄万鹏，湖南宁乡人。1853年参加湘军，参与攻克安庆、江宁等重要战役。后参与镇压捻军。1870年，代理汉中镇总兵。
余虎恩，湖南平江人。1854年参加湘军。1865年，随曾国藩北上镇压捻军，为刘松山部营官。1873年，任陕安镇总兵。
谭拔萃，湖南湘潭人。咸丰初年参加湘军。参与镇压太平天国及捻军起义。1970年代理宁夏镇总兵。1875年，改实授。
谭上连，湖南衡阳人。1858年加入湘军。1859年参与解围宝庆。参与攻克江宁等重要战役。后参与镇压捻军。步兵将领。
罗长祜，湖南湘乡人。自幼聪颖，读书过目不忘，深得湘军名将刘蓉赏识。后加入湘军左宗棠部。
方友升，湖南长沙人。早年加入湘军。后随左宗棠入陕甘，办理军需。后升副将。1875年，升任总兵。
除了刘锦棠的湘军外，参与收复新疆的军队还有：张曜统率的嵩武军十六营、金顺统率的军队四十余营、徐占彪统率的蜀军七营等。
以上兵力总计约为七万余人，远远超出了敌军的数量。所以，敌军无法和清军展开大规模的会战，始终只能固守几个重要城池或据点。
从肃州到关外，沿途大多是戈壁沙漠，严重缺水，行军是很困难的。但参与收复新疆的清军，饱含着浓烈的爱国情怀，以惊人的毅力将这些困难一一克服了。
侵略军头子阿古柏原以为，清军不可能跨过戈壁沙漠远征新疆，却没想到他的美梦这么快就被清军彻底击碎了。
清军的第一个重要目标是乌鲁木齐。乌鲁木齐是新疆的重要城市，经济比较发达。只要占据乌鲁木齐，清军就可以就地征粮筹饷，内地的负担将会大为减少。而且，就地势来看，乌鲁木齐所在的北疆比南疆高，占据北疆可以威胁到南疆，而占据南疆却不能对北疆构成威胁。另外，清军占据乌鲁木齐，也可以威慑到占据伊犁的俄国，使他们不再对阿古柏侵略军存留任何幻想。总之，能否顺利占领乌鲁木齐，是清军能否在新疆站住脚的关键。
7月21日，刘锦棠率领清军主力到达乌鲁木齐西面的济木萨，与清军的另一位重要将领金顺的军队会师。随后，两军继续西进，围攻乌鲁木齐西北约一百三十里的阜康县城。敌军由于兵力不足，只能固守重要城市或据点，所以清军兵不血刃地就占领了阜康。
如此众多的清军兵临乌鲁木齐周围，给困守乌鲁木齐及周围据点的敌军造成了巨大的威胁。为了应对清军的进攻，他们被迫收缩兵力，将主力布置在乌鲁木齐城外三十里的古牧地。
刘锦棠、金顺得知这一情况后，随即准备进攻古牧地。新疆环境恶劣，行军一不小心就会陷入绝地，所以刘锦棠谨遵左宗棠的叮嘱，在行军之前充分做好侦探工作。
从事侦探的士兵经过几天的摸索，终于弄清楚了古牧地周边的地形。他们告诉刘锦棠说，从阜康到古牧地的大道长达一百里，中间隔着大戈壁滩，水源很少，要想穿越很不容易。从阜康到古牧地还有另外一条小道，需要经过一个叫黄田的地方。这个地方距离古牧地不到十里，水源充足，可以驻扎重兵。敌人在黄田筑卡立栅，防守十分严密。
得知这一重要情报后，刘锦棠明白了敌军的战略意图，那就是妄图将清军逼入戈壁滩中，使清军陷入水源断绝的不利境地，借自然的力量消灭之。
刘锦棠跟随左宗棠打仗多年，勇猛之余谋略也不错。面对这种情形，他想出了一个声东击西的好办法，在和金顺商量后，决定付诸实施。
第二天，刘锦棠下达命令，派出十几营的主力部队前往戈壁滩，修浚引水的废渠，做出从大道袭击古牧地的态势。士兵们并不知道这是刘锦棠的计策，一边忍受口渴修渠，一边痛骂刘锦棠。
黄田那边，敌军也派出士兵侦察清军的动向。当他们看到清军主力都在大道上修渠，而且怨声载道的情形后，满以为刘锦棠已经中计，并且清军即将内讧。敌军首领得到这一情报后，便放松了黄田的守备。
刘锦棠得知敌军中计，连夜召集军队，从中选取两千精锐骑兵作为先锋，随他一起去攻打黄田。其他部队随后跟进。
驻守黄田的敌军还蒙在鼓里，刘锦棠亲自率领的精锐骑兵已经杀到了黄田。很多敌军还在睡梦中，就做了清军的俘虏。清军一举攻占战略要地黄田，前锋直逼古牧地。
古牧地是乌鲁木齐的重要外围要隘，敌人在这里驻扎了重兵。坐镇南疆的侵略军头子阿古柏得知黄田失守，知道古牧地危在旦夕，于是派出数千骑兵连夜赶往古牧地。
如果任由两支敌军在古牧地会师的话，那么古牧地攻坚战将会异常艰难。对此，刘锦棠有着深刻认识。他果断下令全军向古牧地进发。
清军的先头部队在古牧地城下与阿古柏派来的增援部队遭遇。刘锦棠命麾下骁将余虎恩、黄万鹏率骑兵阻截援兵，自己则亲率骑兵攻打古牧地城外敌军堡垒，同时命两路步兵进攻古牧地南关。
城外的敌军斗不过刘锦棠，纷纷逃入城中躲避。敌军的援兵也被余虎恩、黄万鹏率领的骑兵精锐部队击溃，纷纷逃散。
敌军丧失城外全部据点后，只得将城门紧紧关闭，企图依靠坚固的城墙迟滞清军的进攻，等待援军的到来。
刘锦棠、金顺率领部下将古牧地城团团围住。刘锦棠军在城南，金顺军在城北，日夜攻击城内。然而，由于古牧地城墙坚固，攻击一时没能得手。
事实证明，只有先用大炮将城墙轰塌后，才能对城中发起致命的攻击。刘锦棠军中是有不少先进大炮的。这些大炮，一些是通过“红顶商人”胡雪岩从洋商那里买来的，还有一些则是兰州制造局中仿制的。虽然与欧美列强的先进大炮比起来，这些大炮算不上先进，但是用来对付阿古柏侵略军，已经足够了。
为了使大炮威力发挥到最大，清军在城外垒石，筑起一座座比城墙还高三四米的炮台，居高临下发射大炮，火力占据了绝对优势。
8月17日，大炮轰塌了南城门。刘锦棠见发起总攻的时机已经到来，连忙下令各营一齐进军。顷刻间，号角齐鸣，密密麻麻的清军冒着侵略军的枪炮，向古牧地城中冲去。
董福祥、谭拔萃、谭慎典等率领步兵精锐，冲在最前面。很快，他们就从城墙的缺口处冲入城中。同时，金顺也率领部下从城东北杀入。敌军见清军大部队已经进城，这才放弃抵抗，四散逃走。清军顺利收复古牧地。
古牧地之战是北疆作战中规模最大的一次，也是决定性的一战。算上之前的黄田之战，古牧地之战总共击毙俘虏阿古柏侵略军三百五十多名，缴获战马、洋炮、硫黄、膏油、旗帜、刀矛无数，仅仅在古牧地的战斗中，就缴获战马两百匹。对于阿古柏侵略军来说，这些损失是巨大的。更为重要的是，古牧地之战使得阿古柏侵略军彻底丧失了固守北疆的信心，此后，清军轻而易举地就收复了乌鲁木齐。可见，古牧地之战是具有决定性意义的。
古牧地之战后第二天，清军就收复了乌鲁木齐。乌鲁木齐的攻克，在必然之中有着一些偶然的因素。
清军攻克古牧地的当天，刘锦棠骑着膘肥大马，前往查看战场，偶然捡到一封重要的信件。这是一封复信。原来，在清军猛攻古牧地的时候，驻守古牧地的敌军首领扛不住了，于是向驻守乌鲁木齐的敌军首领求救。于是，驻守乌鲁木齐的敌军首领写了这封回信。
这位首领在信中说：“乌鲁木齐的兵基本上都已经调到你们那里（古牧地）去了，我这里没有更多的兵可派。南疆的兵一时半会也很难到来。你们自己估计一下实力，能守则守，不能守就撤回乌鲁木齐，与我们并力守城。”
刘锦棠从这封信中判断，乌鲁木齐城中敌军的兵力已经很空虚，只要大军逼近，城中的敌军就会作鸟兽散。于是，他当机立断，命令全军停止修整，火速进军乌鲁木齐。金顺得知这一情况后，也率领部下，马不停蹄地赶往乌鲁木齐，参加会攻。
刘锦棠大军很快来到乌鲁木齐城郊。此处离乌鲁木齐城，只有不到十里。这时候，刘锦棠派去乌鲁木齐城中刺探情报的士兵回来向他报告说，城中的敌军听说清军大部队即将到来，都已经逃光了。就在这时，刘锦棠发现敌军的大股骑兵正在向南逃窜。
于是，刘锦棠下令全军兵分两路。一路继续进攻乌鲁木齐。另一路由精锐骑兵组成，由余虎恩统率，前往追击南下的敌军。
进攻乌鲁木齐的清军在谭慎典等人的率领下，很快攻克乌鲁木齐，缴获战马七十余匹。刘锦棠随即进入乌鲁木齐，安抚、赈济老百姓。前往追击溃敌的余虎恩部，追出很远才返回。
当清军攻打乌鲁木齐的时候，坐镇南疆的侵略军头子阿古柏又派出四五千骑兵增援。这支部队走到离乌鲁木齐一百八十里的地方，得知清军已经收复乌鲁木齐，心虚胆怯，火速退回南疆。
乌鲁木齐被攻克后，北疆其他城池中的阿古柏侵略军，知道大势已去，纷纷溃逃，清军兵不血刃地收复了昌吉、呼图壁、玛纳斯北城等重要城市。此后的北疆作战，主要围绕玛纳斯南城展开。
开始，进攻玛纳斯南城的主要是金顺的部队。金顺所部，数量虽多，但战斗力很差。在之前的战斗中，这支部队跟随刘锦棠的湘军行动，所以因人成事，没打什么败仗，还分得了古牧地、乌鲁木齐大胜的部分战功。然而现在，他们失去了湘军的庇护，不能战的真面目也就暴露出来了。金顺所部围攻玛纳斯南城一月有余，没能得手。
于是，清廷只好增派军队攻打玛纳斯南城，争取在寒冬到来之前解决战斗。否则，一旦拖入严冬，补给将会很困难，进攻将不得不放弃。刘锦棠派出麾下骁将谭拔萃率领湘军前往增援金顺。驻守塔城的代理伊犁将军荣全也率军来会攻。
在清军的轮番攻击之下，玛纳斯南城城墙多次被大炮轰塌。敌军虽然奋力修堵，但始终还是比不上清军轰塌的速度快。到了这一年的11月4日，与清军周旋了两个多月的玛纳斯南城敌军，终于抵挡不住，挂起白旗请求投降。金顺同意了他们的请降，命令他们出城交出军械。
11月6日，敌军数千人带着军械出城。金顺感觉有点不对劲，命令清军严阵以待，随时准备应付突发情形。
随后，清军将领宣读皇上谕旨，命敌军将军械丢下，站到一旁等候处理。清军将领还没宣读完毕，敌军即开枪射击，并向清军扑过来。原来，这帮困兽犹斗的家伙是诈降！幸好金顺看出了破绽，提前做好了应战准备，不然清军可要吃大亏了。
最终的结局是，这些诈降的敌军全部被当场歼灭。玛纳斯南城自然也就重新回到了祖国的怀抱。至此，整个北疆除了俄国占领的伊犁外，全部重归中国所有。整个北疆作战，历时才三个多月，可谓神速。之所以能这么快取得胜利，原因有三：左宗棠事先的准备相当充分；广大爱国士兵英勇杀敌；主将刘锦棠、金顺等指挥得当。