他屡屡告诫刘锦棠不要急，要等各方准备好才用兵。刘锦棠谨遵命令，进行了半年的准备，诸事具备。只是由于运道奔驰，一些物资、部队仍没有到位。此时，刘锦棠再次提出：南路天气很快就炎热起来，”麦秋收割每在春夏之交“，部队可以因粮于敌，“机有可乘，时不可失”，果断提前进兵。2、兵贵神速，轻取三城，打破敌防御体系。
当时，敌人以达阪、吐鲁番、托克逊为三角防御，扼守其门户。光是托克逊就有装备精良的2万余人。（刘锦棠部主力只有万余人）因此，左宗棠设想是：兵分三路，两翼夹击。刘锦棠自率一部攻达阪，另两路自哈密、巴里坤进军。两翼会师后，再配合刘锦棠何攻达阪。不过，刘锦棠的灵活用兵，加速了战争进程。刘锦棠进军时，侦知敌军仍以为官军未动，遂立刻派先锋疾驰，直扑达阪。
清军抵达达阪，迅速筑垒，断敌内外，击败敌援军后，发炮轰击。结果，清军仅仅付出伤亡100余人的代价，即毙敌2000余人，俘敌1200余人，攻破达阪。接着，刘锦棠在宽待俘虏的同时，迅速继续猛攻。原本防御坚固的托克逊之敌，当时正在四处抢掠，补给物资，清军急奔袭托克逊，轻取敌城。此时，两翼清军抵达，吐鲁番之敌逃窜，清军轻取。
不到半个月，清军即连下三城，南疆门户洞开，已成破竹之势。3、远程追袭。此时，敌人的残敌主要有两股：白彦虎、伯克.胡里。刘锦棠判断：伯克.胡里善于据守，白彦虎擅长运动战。白彦虎如果逃窜起来，危害甚大，决心以白彦虎为主要打击目标。在一连串不停顿的连续追击后，残敌连续失败，溃不成军，清军在驱逐敌军后，顺势收复了阿克苏等四城。
4、抓住时机，迅速收复西四城，平定南疆。清军旋即进入最后的战役阶段：攻取叶尔羌、喀什噶尔等西四城。清军原定计划，是步步推进，先取叶尔羌。此时，连败之下的敌人出现内乱，数百满汉兵民趁机夺取了喀什噶尔汉城。刘锦棠抓住时机，修改作战方略，直扑喀什噶尔。清军抢先进入喀什噶尔后，敌人已立不住脚，各处残敌四散而逃，清军趁势轻取其他各城。
如此，新疆全境除伊犁外，全部光复。施加军事压力，助力收复伊犁随后，大清开始与俄国谈判，希望收复伊犁。俄国人虽然当初自称是“代管”伊犁，但哪会轻易放弃呢？谈判你来我往，进展缓慢。刘锦棠谨尊左宗棠命令，连续挫败残敌回串骚扰，厉兵秣马，做好武力收复的准备。不过，在英俄的压力，李鸿章的影响下，大清为缓解局势，调左宗棠回京。
刘锦棠立刻赶到哈密，趁左宗棠未走，与左宗棠推演局势。两人连日商议，分析了中俄两国的兵器、资金、兵力及国际形势后，认为：中国完全可以与俄国一战！刘锦棠认为：此时局势，非决之战胜，别无善策也。随即，他与左宗棠商定了作战计划。其实，当时的俄国虽然叫嚷得很凶，又作势要用兵东北，又扬言在哈密一战，但其虚弱的本质，已被左宗棠、刘锦棠看清楚。
当时，俄国刚结束与土耳其的战争，财政赤字五千万卢布，而且，刘锦棠知道：光绪六年，俄国“天气奇寒”，粮食歉收。如果刘锦棠等人悉心准备，坚持立场，俄国真的愿与大清一战吗？1882年2月，《伊犁条约》签订，俄国“把业已吞下去的领土又吐出来了”。治理新疆，功盖千秋收复了领土，但是，如何治理好新疆，又是另一个问题。
李鸿章当初说收复新疆，“旋得旋失，功不覆过”并非危言耸听。当时，大清许多人认为：新疆地广人稀，很难自成一省，如果归并甘肃，又难以遥制，轻则形成新的割据力量，重则为英俄所趁。刘锦棠以其杰出的政治才能，解决了问题。1、创造性建省方略。刘锦棠认为：以新疆经济、政治、文化的特点，自然是要设省。不过，又必须与陕甘等西北地区保持密切联系，使西北成为一个整体。
因此，他受人为甘肃新疆巡抚，以钦差大臣督办新疆事务。他通过调整行政区域、改革兵制（尤其是废除军府制）等方式，完成了新疆建省。2、废除“伯克制”，加强直接管理。“伯克制”是当初准噶尔贵族的政治制度，即贵族世袭，治理地方。乾隆平定大小和卓叛乱后，为安定局势，继续沿袭其旧制。后来，尽管大清在制度上削弱了“伯克”的权力，但在大清统治削弱后，伯克们又开始为所欲为，甚至勾结英俄。
刘锦棠决心“裁伯克之制，一统于州县”。为了稳步推行，他先是保留“伯克”名号，但不以官视之，削弱地方封建王公的权力，使之不能勾结外国。1887年，大清正式将伯克名号“全行裁汰”。3、发展经济，改善民生。刘锦棠疏浚河道，兴修水利，使新疆水道形成完整的灌溉系统，减轻水患，灌溉农业。同时，他以“兴农实变”为中心，改革新疆的赋役制度，减轻农民负担，使新疆的农业生产大幅恢复。
