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。
　　日期：2017-01-08 19:31:59
　　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。

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　　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。

　　日期：2017-01-08 19:34:22
　　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。