1866年（同治五年丙寅），55岁
九月，调任陕甘总督，处理回事。奏请以沈葆桢为船政大臣，遣人赴洋购造机器，设“求是堂艺局”（船政学堂）。
十月，离福州。
十二月，抵武昌，奉诏先入陕击捻军。
1867年（同治六年丁卯），56岁
正月，驻军汉口，提出“欲靖西陲，必先清腹地”之策。
二月，离汉口。
六月，抵潼关。
十一月，西捻军渡河入晋。
十二月，李鸿章平东捻。
1868年（同治七年戊辰），57岁
正月，西捻军逼近京郊，京畿震动，左宗棠及李鸿章、直隶总督官文、河南巡抚李鹤年均夺职。四月，西捻军越吴桥，犯天津。
六月，捻军首领张宗禹在山东徒骇河赴水死，西捻军亡。晋太子太保衔。
八月，至京师入觐。皇太后问西事何时可定？答以5年为期。
十二月，陕北反清首领董福祥等降清。
1869年（同治八年己巳），58岁
二月，清军攻占陇东董志原回军城堡及庆阳府城。左宗棠进驻乾州，陕境肃清。
五月，进驻泾州，始督办甘肃军务。命刘松山、魏光焘等分北、中、南三路进击回军。
八月，刘松山部进逼金积堡。
九月，奏陈处理回事政策：剿抚兼施，以抚为先。回汉一视同仁，不分汉回，只分良莠。
十月，接受陕甘总督关防。
十一月，进驻平凉。始整理陇南军事和政务（派周开锡主持）。
是年，始禁种罂粟。设陕西制造局。浚治平凉暖泉。
1870年（同治九年庚午），59岁
正月，刘松山战死，由其侄刘锦棠继统老湘军。
五月，发生“天津教案”。
九月，金积堡合围。
十月及闰月，阿古柏侵占吐鲁番地区及乌鲁木齐。
十二月，马化龙投降。
是年二月初二日，周夫人病逝于长沙。先七日，四女孝瑸殉夫死。
是年，刊发《圣谕广训》（附律易解）。始资助兰山书院。
1871年（同治十年辛未），60岁
二月，始命军队种树。
三月，俄军占领伊犁地区。
四月，在西安设书局，刊刻经籍。
六月，清军进攻河州回军。七月，函刘锦棠速销假回甘，准备出关对付俄国。
七月，进驻静宁。
八月，进驻安定。
是年，命各州县试种稻谷桑棉。设制造局于兰州，制造枪炮弹药，以总兵赖长主其事。
1872年（同治十一年壬申），61岁
正月，河州回军首领马占鳌投降。二月，徐占彪进抵肃州城郊。刊发《学治要言》。
二月，奏定改宁夏府水利同知为宁灵厅。
五月，新疆叛军派遣维族军队3000人入援肃州回军。
七月，左宗棠自安定入驻兰州。
八月，始整理甘肃盐务。
十月，刘锦棠等军攻西宁，回军首领马桂源、马本源逃走，清军攻克西宁。
十二月，奏陈乌鲁木齐督统成禄残害各族人民种种不法行为，奉旨拿问。诏金顺兼领其军出关。始整理甘肃茶务。
是年，于兰州修治督署后园，制机轮抽提黄河水，注园中“饮和池”，供民汲饮，为文记之。
1873年（同治十二年癸酉），62岁
二月，奏陈：“欲杜俄人狡谋，必先定回部，欲收伊犁，必先克乌鲁木齐。”
五月，收毁甘肃钱钞。
六月，奏定升固原州为直隶州；添设平远县；改盐茶厅为海城县。
七月，赴肃州督师。
九月，马文禄投降，清军收复肃州，打通进军新疆要道。白彦虎退入新疆。
诏授协办大学士、一等轻车都尉。
十月，巡视嘉峪关，返兰州。
十二月，上谕：“着即出关，收复乌鲁木齐。”奏陈关塞用兵之策，兵在精不在多。
奏请甘肃与陕西分闱乡试。
是年冬，福建船工将竣，已造成舰
1874年（同治十三年甲戌），63岁。
正月，刊发《棉书》和《种棉十要》。
二月，奏免甘肃积欠钱粮。
三月，金顺、额尔庆额军相继出关。
四月，日本侵入台湾，沈葆桢渡海设防。各省停解西征协饷。奏请借洋商银300万两，许之。
七月，晋东阁大学士。
八月，奏定添设甘肃安化县丞（即董志原县丞）。
九月，总理衙门为加强海防，提出练兵、造船、筹饷等6条，广征各大臣、督抚意见。
十一月，李鸿章奏复：新疆旷地，收复不值，将来亦断不能守；宜停撤西征军饷，以匀作海防军饷。
十二月初五日，同治帝病逝。
1875年（光绪元年乙亥），64岁
二月，廷议海防塞防之争，密征左宗棠意见。奏对：“东则海防，西则塞防，二者并重。”坚持进军新疆，收复失地。军机大臣文祥亦力主进剿，事遂定。谕旨命左宗棠以钦差大臣督办关外剿匪事宜，金顺帮办。
三月，奏定甘肃循化厅属买吾八族改隶洮州厅。
五月，俄使索思诺夫斯基等5人来西北大营，窥视虚实，左宗棠接之以礼。俄使提出由俄支援部分军粮。
八月，奏以刘锦棠总理行营营务处，率老湘军西征，刘典帮办陕甘军务。
十月，清丈甘肃地亩。
是年，设兰州火药局。
1876年（光绪二年丙子），65岁
正月，刘锦棠率老湘全军进肃州。额尔庆额、冯桂增攻玛纳斯城，失利，桂增死。
二月，沈葆桢反对借洋款。诏曰：“左宗棠出师塞外，必须士饱马腾。”准借中外商款及各省协饷，凑足1000万两。
三月，左宗棠进抵肃州。湘军谭上连等率部出关。
四月，刘锦棠大军继发，中外反对又起。左宗棠不为所动，定西征战略：缓进急战，先迟后速，致力于北，而收功于南。
闰五月，湘军进古城。
六月，进济木萨。合金顺军进阜康，攻克古牧地，拔乌鲁木齐三城。
八月，克玛纳斯城，北路平。
英使威妥玛代帕夏乞降，左宗棠函陈总理衙门，揭露英诈降阴谋。
十月，诏荣全还京，金顺为伊犁将军，促左宗棠进兵南路。左宗棠仍坚持缓进急战。时大雪封山，请缓至明春雪融，许之。
1877年（光绪三年丁丑），66岁
二月，金运昌卓胜军出关。
左宗棠申明纪律，严禁杀掠，维胞附贼反正者，悉与宽贷。
三月，清军攻克达坂城。刘锦棠军直捣托克逊，徐占彪、张曜军连克辟展等城。三军合攻，克吐鲁番，马人得降，纵归各族同胞纷纷宣扬清军宽大政策，叛军益解体。
四月，阿古柏于库尔勒自杀，次子海古拉西窜库车，中途为其兄伯克胡里所杀。伯克与清叛将何步云分守喀什噶尔满、汉城。
库伦大臣志崇上言“划地自守之策”，反对继续进军。廷臣亦谓西征耗费过多，左宗棠奏驳之。复奏云：“重新疆者，所以保蒙古；保蒙古者，所以卫京师。”并奏请新疆建行省，改郡县（初奏新疆建省）。
六月，山西、河南大旱，陕西及甘肃庆阳亦饥。左宗棠倡捐养廉银万两。
英国通过驻英公使郭嵩焘代喀什噶尔政权请降，俾其立国，左宗棠奏驳之。
八月，西征军进曲惠，白彦虎掘开都河，漫流百余里，附近城镇水深数尺，农田尽淹，庐舍荡然。
九月，刘锦棠军克喀喇沙尔、库尔勒、拜城。白彦虎掠回、维民西逃。刘锦棠军拔出难民以十万计，拜城及阿克苏城维民不欲西徙，开城出迎清军。旋又收复乌什，南疆东四城悉平。
十一月，清军克喀什噶尔、叶尔羌、英吉沙尔、和阗。白彦虎、伯克胡里逃往俄境，南八城悉平。
晋封为二等侯。
是年，始筹设甘肃织呢总局。倡导凿井和区田。
1878年（光绪四年戊寅），67岁
正月，上疏言：“新疆改设行省，事关西北全局（二奏新疆建省）”。
喀城外国侨民均震慑中国军威，西方舆论谓：“平时欧洲轻料中国，谓中国人不能用兵，今观中国之恢复回部，足令吾欧人一清醒也。”
四月，刘典以病请归，奏起杨昌浚继之。
八月至十月，白彦虎多次扰边，刘锦棠击破之。
十月，清廷命崇厚为全权大臣使俄，商议回收伊犁事宜。
左宗棠复奏详陈新疆善后方略，新疆应改行省，为长治久安之计（三奏新疆建省）。
十二月，刘典卒于兰州。
1879年（光绪五年乙卯），68岁
正月，俄国唆使阿古柏残部越境来犯，刘锦棠等军击退之。七月，又进犯；八月，大败犯敌，自是残敌不敢再大举犯边。
五月，建置酒泉园林，允许士女游观。
六月，在肃州试办采金。
八月，崇厚与俄国订约，丧失伊犁附近大量土地及主权，朝议大哗。左宗棠奏陈利害，提出：“先之以议论，委婉而用机（谈判）；次之以战阵，坚忍而求胜。”决意备战，并拟进驻哈密督战。
十二月，崇厚回京，奉旨交刑部治罪。
是年，于兰州设织呢局。倡办新疆蚕务。清丈新疆地亩。奏定变更甘肃兵制（约在十月间）。
1880年（光绪六年庚辰），69岁
正月，诏命驻英法大臣曾纪泽赴俄国复议。
二月，左宗棠复奏以战备支援谈判，定三路收复伊犁之策。
三月，刊发《吾学录》。
四月，四奏新疆建省，请先派督抚筹备（光绪八年七月，五奏新疆建省，时在两江总督任上）。当月出关，舁榇以行。
五月，抵哈密。俄扬言将派兵舰来华，封锁辽海，沿海戒备。
七月，清廷准备妥协，诏左宗棠回京，“以备朝廷顾问”。左宗棠奏荐刘锦棠督办新疆军务，张曜帮办军务。
八月，兰州织呢局开工。
十月，刘锦棠至哈密接替，左宗棠启行入关。沿途前所植杨柳，已浓荫如幄，甘肃百姓称之为“左公柳”。
俄国在东北展示兵力，左宗棠令王诗正、王德榜即率军入关，赴屯张家口备战。
十一月，抵兰州，诏杨昌浚护理陕甘总督。
十二月，从兰州起程晋京，所过士民夹道攀留。
是年，以机器治泾河上源。
1881年（光绪七年辛巳），70岁
正月，中俄和议成约，还伊犁全境。
左宗棠抵京师，陛见，诏入军机，在总理各国事务衙门行走，管理兵部事务。
