后来，左宗棠派徐占彪率十二营川军从靖远出发并在1872年初进到肃州高台。而马文禄早就听说左宗棠是一个厉害的角色，所以他联络了从西宁逃来的白彦虎余部，以及从新疆入关的维吾尔族地方武力坚守抵抗，准备与左宗棠的部队决一死战。
到高台的徐占彪没有停留太久，除留一部兵力保护运道外，主力继续向肃州城前进。3月，清军夺占了肃州城南三十里的红水坝，并继续向塔尔湾和肃州外围的其他回民军堡垒进攻，企图逐步占领肃州外围。
由于塔尔湾地势较高，回军不仅在这里构筑了坚固的堡垒，还在周围挖壕筑卡。在顽强抵抗的回军面前，清军的进攻步步维艰。直到8月初，清军才基本上攻占了近城的回军堡垒，而回军已经退入到城内坚守。
由于兵力不足，徐占彪多次向左宗棠请求增兵。当时进攻西宁到了非常重要的时刻，左宗棠不想分兵，也无兵可派。结果，苦战的徐占彪始终不能对肃州形成合围。
后来，西宁之战接近尾声时，左宗棠派陶生林率马步五营赴援，在1873年1月到达肃州。左宗棠还奏请清政府派往新疆的金顺一军二十营也来到肃州，参加围攻。这样，清军才基本完成了对肃州的合围。
刚开始，因为指挥上不统一，清军的合围并不严密。回民起义军在城西礼拜寺和北稍门一带修筑了堡垒，所以仍然能突破清军的合围出入肃州。后来，清军陆续攻破了这些堡垒，占领了城西礼拜寺，并在肃州城外挖了长壕，壕外筑起坚厚的炮墙，墙外置木栅。还在几个要点修筑了炮台，才完全控制了肃州城出入的通道。这样一来，肃州完全成为一座孤城，被攻破只是个时间问题了。
难道肃州的回军就这样成了瓮中之鳖了吗？不会的，他们的“救星”来了。
白彦虎率领的陕西回民军一路败退，经山丹、甘州（今张掖）、高台等地，接近肃州，在4月初进入塔尔湾。
此时，来个里应外合，没准就能击败清军，解肃州的燃眉之急。
于是，白彦虎率部下将士从外面袭击徐占彪的大营，马文禄率部从城里出南稍门夹攻。
这种局面是清军没有料到的，所以在回民军的攻击下，徐占彪、金顺部清军伤亡很大。但是因为清军人数上占有一定的优势，武器装备又是一流的，再加上防守比较严密，所以白彦虎和马文禄最终也没能突破清军的防线，无法实现内外会师的预期目标。
不能解肃州之围，自己就没有立足点。白彦虎只好放弃与马文禄合作的计划，出走新疆，寻找其他出路。
白彦虎就好像一颗划过的流星，让肃州回民起义军眼前一亮后，便又恢复了黑暗。别人是靠不住的，要想解围，还得靠自己的努力。
此时，西宁之战已经结束，除肃州外，甘肃各地的回民起义都已经宣告失败。再加上白彦虎放弃给肃州解围，而选择了出嘉峪关西走，肃州回民起义军成了彻彻底底的一支孤军。
在外援无望的情况下，马文禄选择了突围西行，若想突围必须攻下城西礼拜寺，因为礼拜寺是从肃州出嘉峪关的大路。但这种军事要地，清军自然派有重兵驻守。所以，一场血战在所难免。
经过十昼夜的连续攻击，回民军虽然损失了不少有生力量，但却未能攻下礼拜寺，只得暂停进攻。
7月，清军又攻占了东关，马文禄再次组织突围，结果在清军的洋枪洋炮面前又以失败告终。
虽然回民军突围没有成功，但清军对肃州也是奈何不得。因为肃州城固壕深，墙高三丈六尺，厚三丈多，外环城壕，清军一时还无法攻入城内。无奈，左宗棠只好不断增兵，使围城清军达到六十多营，虽然围攻了好几个月，伤亡惨重，但还是撼不动肃州城。
这时，新疆的形势越来越危急，清廷令左宗棠迅速拿下肃州，打通入新疆的通道。左宗棠也很纳闷，这肃州难道是铁打的不成？细算一下，从同治十年十一月二十七日（1872年1月7日），徐占彪军在高台与成禄会晤，交接防务，开始对肃州发动进攻，已经有一年九个多月了。自己耗费了这么多人力财力，应该撕开它一个口子才对啊。
同治十二年八月十二日（1873年10月3日），左宗棠亲抵肃州，驻营城南两里许，指挥攻城。
其实，被围困一年半的肃州虽然没有被攻下，但实力已经耗尽，到了难以支持的地步。由于长期被围，城内粮食短缺，回民起义军只好杀骡马充饥，但仍然英勇不屈，严守城防，死战到底。
左宗棠的到来给清军莫大的鼓舞，清军在城外高筑炮台，用后膛大炮和劈山炮等新式武器对肃州城猛烈轰击。另外，在城东北角还挖了地道，准备炸城。
10月6日，清军向肃州发起总攻。当清军越过城壕登到城腰时，城上一声令下，埋伏的回民军把石块一窝蜂地从城头扔下来，登城清军纷纷抱头逃命。为了防止清军从地道炸城，回民军沿城墙横挖地道，发现了清军的大部分地道，所以清军挖地道炸城的意图也没能实现。
10月底，刘锦棠奉命率湘军五营和在西宁投降的回民部队也到达了肃州。
面对数倍于自己的清军，马文禄知道已经无力回天了。看着衣衫褴褛、骨瘦如柴的属下，马文禄泪流满面。当初本来是要带着这些弟兄们图谋好日子的，结果却落得这样的下场。他不忍心再让这些弟兄们跟着自己卖命，便做出了投降的决定。
11月4日，马文禄开城投降，但他的投降没有为自己换回一条生路。不久，左宗棠便将马文禄等九名回军首领和千余名起义军施以酷刑。随着肃州之战的结束，前后坚持了十二年之久的陕甘回民起义战争最终以失败而告终。
还记得，左宗棠在5年前回答皇太后的提问时说：“当以五年为期。”他率军在同治七年底入陕，到同治十二年九月攻下肃州，不多不少正好是5年。有人认为左宗棠太冒进，但他却认为自己能如期完成计划，实属侥幸。
不管怎么说，在这场战争中，左宗棠是胜利者，自然少不了掌声和鲜花。清廷在左宗棠“平定”陕甘之后，赏加他为协办大学士。
我们再看看这个大学士是个什么样的官。清代的大学士，就是俗称的宰相。协办大学士就相当于是副宰相。同治十三年（1874年），左宗棠又被加封为“东阁大学士”，算是入阁拜相，位极人臣了。在清朝，只有寥寥数名汉人不是进士而成为大学士，左宗棠便是其中之一。
三十多年前，他因为“三试不第”而压抑苦闷，如今却成为了让人羡慕的大学士，真是三十年河东三十年河西。
以民为本的战后安抚
都说：抚比剿难，这话一点儿也不假。战后百废待举，善后的工作更是千头万绪。所以，陕甘的战事虽然结束了，但左宗棠依旧闲不下来。
首先要安抚因为战乱无家可归的回民。
在这次长达十多年的战乱中，回族和汉族同胞都损失惨重。左宗棠知道让这些百姓重新过上平安温饱的生活是他义不容辞的责任。但有一个很大的问题摆在他面前，这就是如何安置这些回民军。这比处理太平军和捻军要难得多。因为太平军和捻军大多数是汉民，俘虏后，给他们一些盘缠遣送回原籍就可以了。但是对陕甘的回军却不能轻易这样办。陕西的许多回民跟随回军逃到了甘肃，如果把这些人遣送回陕西是很不妥当的。因为这些陕西回民离开家乡有十多年了，本乡的产业已经被毁或被官府没收。而且陕西的一些汉人士绅早就扬言不许陕西回民回来，如果把他们送回本乡，无疑又把他们推入了火海。
也许你会说，让这些陕回民和甘回民杂居不就解决问题了。其实，陕回民和甘回民在战时可以团结对付清军，和平时期则因为地区不同、信仰新教和旧教的不同很难和睦相处。
先看背井离乡的陕西回民，陕西原有约七八十万回民，在被清军镇压之后，只剩下一两成。所以，左宗棠决定把这些陕回民迁徙到一个新的地方。他对安顿回民的新地点提出了几条要求：要有水有草、土地肥沃、河流和平原相间；还要是无主的荒地，回族同胞可以聚族而居；每户回民还要分得土地、房屋、窑洞、种子、耕牛和农具等。
迁徙的回民大部分被安置在平凉、会宁、静宁、安定、秦安等地，都是水草比较繁茂的地方。可以说，左宗棠为了回民的善后，耗费了许多心血，也花费了大量本来就十分拮据的西征军费。但这些开明的措施引起了甘肃、陕西一些上层人士的反对，当地官吏也找出种种借口多方阻挠，但左宗棠硬是顶住压力，完成了迁徙工作。
再看幸存的甘肃回民，左宗棠一般都允许各地区的“土回”留在原籍，而只是用武力强令各地的“客回”和金积堡、肃州两地的回民迁徙，其中金积堡当地一万三千多“土回”被迁往生存条件较差的固原州城附近；金积堡外来贸易的三千多名“客回”被迁到平凉大岔沟；肃州城剩余的两千多回民被安插在榆中一带，把银川城内回民全部安插在灵武吴忠堡一带等等。
在安插工作中，阻力自然是有的。如有人散播清军要杀尽回民的谣言。左宗棠对这种挑拨军民关系的恶劣行径进行了严厉的打击。
其次，组织人力屯垦。
经过多年的战乱，陕甘地区许多府厅州县的百姓逃往外地，使得大片土地荒芜，农业生产受到了极大的破坏。为了恢复农业，就地解决粮食问题，左宗棠全力组织人力开垦被抛荒的土地。在每次攻取一个城池后，他便就地安排饥民和“降众”归耕。另外，他还召集流亡的流民、难民，让他们再度返乡从事农活。更可贵的一点是，他还组织军队屯垦，不仅有利于恢复当地的农业生产，还就地解决了军粮问题。另外，左宗棠以身作则，多次捐出自己的“养廉”银，解决紧迫问题，在空闲时间，他还带同营官兵一起督耕劳作。这样一来，使回汉百姓更快地转向和平劳动，促进了西北农业生产的恢复和发展。
再次，增改县治，设立保甲。
为了稳定陕甘地区的封建秩序，左宗棠采取了增改县治，编审户口，实行联甲制度。他奏准在新迁区和回族居住区增改县治，缩小辖境，以加强对这一地区的统治。同时，在回族居住区又编审户口，实行保甲。做法是： 到达安置地点的回民必须马上登记户口，每户发一良民门牌，强令各家悬挂门前，地方官随时检查。并编审保甲，由地方官择人充任“十家长”、“百家长”，这使回族上层对回民的控制力量削弱，加强了地方官对回民的直接统治。
另外，改革筹运方法。陕甘大部分地区水运不通，山路崎岖，十分荒僻，加上人畜稀少，经过战乱，劳力更加缺乏，交通运输非常困难，但却需要长年不断运送数量巨大的粮秣、饷粮和别的各种军需。左宗棠认为这一方法有违民意，不可取。于是，他下令对陕甘的徭役办法进行改革。
以前，各州县为支应如粮差、兵差、流差等各种差务，都强令民间供应车马民夫，名为按亩出费，照粮出车，实际上都是随意苛征强派，闹得百姓怨愤不小。左宗棠下令取消流差，只规定专运粮、饷、军火、军装四种差务，并变革了按亩出费的旧规，变通征用车马的方法，派营务处统一经营。这样一来，使艰难困苦中的百姓减少了一些损失和盘剥。
总的来说，左宗棠的这些善后措施稳定了封建统治秩序，缓和了社会危机。他吃苦耐劳、踏实苦干、爱惜民力、关心民众疾苦、注意恢复发展生产的民本主义思想得到了充分的体现。
