抬棺出征，收回伊犁
收复天山南北两路后，只剩下伊犁仍被俄国占据。俄国原本声称“代清朝占领伊犁”，一旦清军收复北疆就立即归还。但在西征军平定南疆后，俄国仍拒绝交还伊犁。1878年10月，清政府派吏部侍郎崇厚为全权大使，赴俄国交涉，索还伊犁。
尽管左宗棠对清政府靠外交谈判索还伊犁有些看法，但也无力改变朝廷的主意。崇厚是个胆小平庸的人，在俄国的恐吓下，他竟然擅自和俄国签订了《里瓦几亚条约》。按照条约，俄国虽然交还伊犁，但割去霍尔果斯河以西、特克斯河流域等战略要地，使得伊犁以西、以南险要尽失。
消息传来，全国哗然，纷纷要求处斩崇厚，废除条约。西北前线的将士们群情激奋，刘锦棠认为：“非决战阵，别无善策。”左宗棠在奏章中愤怒地说：“武事不竟之秋，有割地求和者矣！”由于左宗棠和前线将士的决心，也因为全国上下的坚决反对，朝廷在崇厚回国后，将他交刑部治罪，定为“斩监候”。1880年2月，清廷派曾国藩的儿子、驻英法大使曾纪泽前往俄国重新订约，同时命左宗棠统筹新疆南北的战守事宜。左宗棠调兵遣将，定下了兵分三路，武力收复伊犁的策略。
赴俄国重新订约的驻英法大使、曾国藩之子曾纪泽（1839—1890）。
此时，左宗棠已是68岁高龄，经略西北已经10多年。虽然他精力旺盛，但多年戎马，身体毕竟不堪重负。由于水土不服，他全身长满风湿疹子，奇痒不止，夜里难以入睡。左宗棠本来就有咳血的毛病，在西北越来越重，有时候早上起床时，吐血不止。他甚至担心自己的身体出不了玉门关。但他很明白，要索回伊犁，自己必须出关远征。一旦谈判破裂，和俄国的战事恐怕一两年内难以结束，自己即便出了玉门关，能否活着回来就不好说了。
1880年5月26日，左宗棠率领亲兵1000余人离开了肃州大本营，向新疆哈密进发。抱病出征的左宗棠命人抬了一口空棺材，跟在自己身后，表明战死疆场的决心。这位年近古稀的老将为收复国土抬棺出征的壮举，不但极大地激励了将士们的士气，更令无数后人感动落泪。
3天后，左宗棠到达玉门关。他不仅不觉得寒苦，反而兴致很高地说，自己虽然比不了年轻人，但这次为国效命，“孤愤填膺，诚不知老之将至！”
与此同时，曾纪泽也抵达圣彼得堡，开始与俄国谈判。俄国在谈判中虽然蛮横无理，几次恐吓曾纪泽要开战。但是得知清军在前线调动频繁，左宗棠又抬着棺材到了新疆，俄国也不敢贸然动武，伊犁前线一时处于相持状态。
然而左宗棠没有想到的是，正当自己决意一战时，朝廷却动摇了。俄国在中国西北和东北增兵，使得清政府慌了手脚。加上李鸿章请来英国人游说，清政府连忙召开紧急会议，商讨伊犁问题。当时，力主收复新疆的文祥去世，李鸿章的意见占了上风，同时英、法、美等西方国家又对清政府严惩崇厚一事提出抗议，清政府动摇了。
1880年8月，朝廷的诏书送到了左宗棠手中，调他赴京任职。而当时，左宗棠掌握的情报显示，俄国前一年遇到灾荒，又刚刚结束与奥斯曼土耳其帝国的战争，国内很困难，不可能全力对付中国，增兵只是虚张声势。左宗棠气愤至极，因为收复伊犁的理想可谓功亏一篑！但他又无可奈何，在给儿子的信里，他感叹说，朝廷里的人不了解情况，却混淆国事，“为之奈何”。
虽然不能不走，但左宗棠推荐刘锦棠督办新疆军务，坚持以武力作为谈判的后盾，“先之以议论，决之以战阵”。左宗棠即使回京，也把不明就里的俄国人吓出了一身冷汗。在得知清政府召左宗棠回京后，俄国代理外交大臣格尔斯急忙找到曾纪泽，问道：“听说左宗棠现已进京，可能会挑起全面战争，是不是这样？”曾纪泽模棱两可地表示，自己还不知道这个消息。格尔斯赶紧说：“中俄两国要是为小事打起来，实在不合情理。”
1881年2月24日，以左宗棠在新疆的布防为后盾，经过曾纪泽据理力争，清政府与俄国签订《中俄伊犁条约》。这一条约虽然依旧是不平等条约，但相比崇厚所签的条约，中国争取回部分主权和领土。曾纪泽与俄国签约的当天，左宗棠正好抵达北京。虽然左宗棠全复疆土的愿望没有实现，但他确实为收回伊犁起到了至关重要的作用。
