为了抵御刘锦棠的进攻，回乱军领马化龙依托秦、汉二渠挖壕筑墙，修堡建垒，使金积堡内外墙壁纵横，堡垒环列，渠水环复，易守难攻，还相继掘开了秦渠、板桥堰和山水河，使清军营地陷入一片水泊之中。面对这些困难，刘锦棠毫不畏惧。他身先士卒，往来于烂泥之中，率领老湘军逐次进攻，步步为营，苦战数月，终于攻占了金积堡外围各堡寨，开始转入对金积堡的进攻。金积堡修筑得十分坚固，堡墙高4丈，厚3丈，周长9里，堡中有堡，防守十分严密。
刘锦棠则以深沟高垒围困。他令清军环堡挖了两道深1丈宽3丈的长壕，壕边筑起高约丈余的围墙，切断金积堡与外界的联系。与此同时，还筑成几座炮台，居高临下，不断向堡中轰击。终于迫使马化龙于1871年1月6日到清营投降，遂占金积堡。
3月2日，按照左宗棠的指令，刘锦棠正法了马化龙父子及18oo多名回军将士。
一年之后，他率领18营老湘军进攻马桂源和马本源领导的甘肃西宁府回民乱军。由于回军利用西宁以东从小峡到大峡9o里险要山谷坚决屠汉，刘锦棠只好强攻，前后两个多月，血战5o余次，才攻占峡口隘路，进驻西宁。
19世纪中叶新疆的大部分地方正处于阿古柏的铁蹄之下。阿古柏已经侵占新疆南部和北部的乌鲁木齐、玛纳斯一带，伊犁谷地则被沙俄军队非法霸占着，只有哈密、巴里坤、布伦托海、塔城以及其他一些地方尚在清政府的控制之。
全国人民迫切期待清政府派兵入新，驱逐入侵之敌，收复新疆。
1875年，左宗棠受命为督办新疆军务的钦差大臣，挥兵出关。对于湘军的战斗力和刘锦棠的指挥才能，左宗棠是了如指掌的。他在筹划和调派入新参战部队时，命刘锦棠担任总理西征大军的营务事宜，并负责指挥前敌诸军的军事行动。
31岁的刘锦棠，以湘军统领的身份总理了西征各军的营务，事实上担任了收复新疆的重任。他按照左宗棠关于先取北路后收南路的作战方针，率领湘军及其他各军，逐个收复
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