В этой связи военный министр Н. О. Сухозанет в директивном письме генералу Г. X. Гасфорду подчеркивал особую настороженность западных держав в отношении деятельности России в странах Востока. Он отмечал, что русское правительство:
«В отвращение возбуждаемого на Западе мнения о завоевательных намерениях наших в центральной части Азии… в настоящее время признает полезным избегать по возможности наступательных действий на наших сибирских границах».
В то же время, содействуя дальнейшему развитию торговли со Средней Азией, Петербург в 1859 г. отменил пошлину на экспортируемые в Бухару товары. Русский экспорт, по данным одной лишь Оренбургской таможни, увеличился за год почти на 377 тыс. рублей.
Крайняя осторожность Петербурга в проведении среднеазиатской политики объяснялась назревавшим в Европе серьезным конфликтом между Францией и Австро-Венгрией, поскольку это столкновение могло грозить серьезными политическими осложнениями и вызвать большую европейскую войну с неизбежным участием России. В апреле 1859 г. этот конфликт перерос в открытую войну Франции и Сардинии против Австро-Венгрии.
В это время русское правительство старалось форсировать процесс наметившегося после окончания Крымской войны сближения с Францией. Стремясь к развитию дружественных отношений с Парижем и желая отомстить Вене за ее недавнее предательство, Александр II по соглашению с Наполеоном III обязался выставить на русско-австрийскую границу четыре армейских корпуса. Продолжавшаяся борьба против Шамиля на Кавказе также отвлекала немалые силы русской армии. Именно поэтому среднеазиатские планы России были временно отложены.
Тем временем в 1860 г. в Бухару прибыло несколько английских эмиссаров, стремившихся добиться от эмира Насруллы согласия на организацию английского судоходства по Аму-Дарье. Наблюдалась и активизация английских агентов в Коканде, которые вели подготовку к вторжению на подвластные России территории.
Однако воспользовавшись нападением кокандских отрядов на селение Кастек, небольшой отряд полковника А. Э. Циммермана в сентябре 1860 г. захватил Пишпек и Токмак, разрушил находившиеся там укрепления и вернулся в Верное. В этой связи командир Сибирского корпуса генерал Гасфорд прислал в Петербург в своем рапорте:
«Важные результаты этой славной для нашего оружия экспедиции следующие: уничтожение влияния вероломных кокандцев на племена дикокаменных киргизов, живущих в верховьях реки Чу и на озере Иссык-Куль, успокоение киргизов Большой Орды, окончательное утверждение нашего владычества в Заилийском крае и совершенное обеспечение в том крае наших казачьих водворений».
В начале 1863 г. в Польше вспыхнуло восстание против русского владычества. Разумеется, западные державы активно использовали польские события для дипломатического нажима на Российскую империю. Великобритания, безжалостно подавившая восстание в своих индийских колониях, вдруг озаботились судьбой поляков и направила Петербургу ноты протеста. При этом Лондон всячески стремился ослабить международное положение России, а главное, ухудшить налаживавшиеся франко-русские отношения, поскольку участие Франции в совместном с Великобританией демарше не могло не отразиться на отношениях между Россией и Францией.
Правительство Александра II, отлично понимавшее, что дирижером всех этих событий являлась именно Англия, решило осуществить контрманевр на Среднем Востоке. И в то время как министр иностранных дел Горчаков посылал ноты протеста западным державам, Милютин и Игнатьев намечали планы действий в Азии, рассчитанные, по словам военного министра, на «отвлечение сил англичан из Европы и нанесение их торговым интересам возможно большего вреда».
Однако принятые в этой связи решения Особого комитета, утвержденные 2 марта 1863 г. царем, предусматривали лишь разведку и детальное изучение местности между передовыми укреплениями Сыр-Дарьинской и Сибирской линий.
Тем не менее эти операции, изначально проводившиеся исключительно с разведывательными целями, привели к неожиданному результату. Гарнизоны кокандских укреплений Куртка и Джумгала без единого выстрела сдались отряду капитана Проценко. Когда отряд М. Г. Черняева приблизился к Сузаку, там вспыхнуло восстание против кокандских властей. Население Сузака заставило кокандский гарнизон сложить оружие и объявило о своем желании принять русское подданство. Их примеру последовали казахи Биштамгалинского рода, кочевавшие в районе Чолак-Кургана и Сузака.
Учитывая, с какой легкостью достались эти победы, а также получив сообщения о новых попытках Англии укрепить и расширить свои торгово-политические позиции в Коканде и Бухаре, Александр II утвердил 20 декабря 1863 г. новую программу действий России, предусматривавшую проведение широкого наступления русских войск в Средней Азии. Конечной целью этой операции являлось включение в состав России Чимкента и Туркестана, заключение выгодных договоров с правителями среднеазиатских ханств и укрепление в этих ханствах влияния России.
В мае 1864 г. подготовка к походу на кокандские укрепления была закончена, и командующий Сыр-Дарьинской линией полковник Н. А. Веревкин повел на Туркестан отряд численностью примерно 1500 чел. Со стороны Западной Сибири к Аулие-Ате под командованием полковника Черняева выступил Зачуйский отряд численностью 2500 чел.
Заняв без боя укрепление Мерке, Черняев 4 июня после двухчасовой стычки овладел крепостью Аулие-Ата. Потери русских составили всего 5 раненых. Почти одновременно, 9 июня, отряд Веревкина подошел к городу Туркестану и начал его осаду. Потеряв 5 чел. убитыми и 33 ранеными, Веревкин захватил город. Успешные действия русских войск в Средней Азии вызвали живой отклик в Петербурге. Черняеву и Веревкину присвоили чин генерал-майора, а всем офицерам было объявлено высочайшее благоволение.
Упоенный легкими и быстрыми победами, Черняев немедленно начал планировать дальнейшее продвижение и 7 июля выступил из Аулие-Аты на Чимкент. В этом городе сосредоточивались большие силы кокандского войска, которые должны были отбить у русских Туркестан и Аулие-Ату. Для руководства военными действиями в Чимкент прибыл правитель Кокандского ханства мулла Алимкул.
С ходу овладеть хорошо укрепленным городом русским отрядам не удалось, однако Черняев, подтянув дополнительные войска, 3 сентября предпринял новый штурм города, который завершился взятием Чемкента 21 сентября. Потери русских войск составили 6 убитых и 41 раненых.
25 сентября 1864 г. был заключен Чугучакский договор, определивший границы Китая и России на огромном протяжении от Алтая до Тянь-Шаньского хребта. В состав России вошли верховья Сыр-Дарьи, в частности, озеро Иссык-Куль и бассейн реки Нарын, что обеспечивало возможность обезопасить пути в Кашгар.
28 апреля 1865 г. отряды Черняева подошли к крепости Ниязбек, находившуюся в 25 верстах к северо-востоку от Ташкента, которая контролировала снабжение города водой. После ожесточенной бомбардировки, продолжавшейся почти весь день, гарнизон Ниязбека сдался.
В ночь с 14 на 15 июня отряд Черняева начал штурм Ташкента. В ходе уличных боев, продолжавшихся два дня, сопротивление защитников города было сломлено. После чего аксакалы и почетные жители от имени всего города изъявили полную готовность подчиниться русскому правительству. Взятые Черняевым трофеи составили 63 орудия и множество ружей. Его отряд потерял 25 убитых, 89 раненых, 28 контуженных.
В середине 1865 г. бухарский эмир Музаффар, воспользовавшись борьбой России с Кокандским ханством, вторгся во главе большого войска в Ферганскую долину. Он занял столицу ханства — Коканд и посадил на престол своего ставленника. Одновременно Музаффар прислал в Ташкент посольство, которое в ультимативной форме потребовало от Черняева немедленного вывода русской администрации и военных сил. В ответ на это 23 сентября русские войска вторглись в пределы Бухары и вскоре штурмом заняли важные крепости — Ура-Тюбе, Джизак и Яны-Курган и вышли на подступы к Самарканду.
В результате к 1867 г. в состав Российской империи были включены обширные территории Средней Азии, и на их основе было образовано Туркестанское генерал-губернаторство, куда вошли Сыр-Дарьинская и Семиреченская области. Первым генерал-губернатором Туркестана был назначен генерал-адъютант К. П. Кауфман, которому были предоставлены неограниченные полномочия «к решению всяких политических, пограничных и торговых дел, к отправлению в сопредельные владения доверенных лиц для ведения переговоров и к подписанию трактатов, условий или постановлений».
1 мая 1868 г., ссылаясь на то, что эмир не отвел свои войска от Зеравшана в глубь бухарской территории, туркестанский генерал-губернатор отдал приказ о форсировании Сыр-Дарьи. В тот же день бухарская армия отступила. Русские войска без сопротивления овладели Самаркандом. Преследуя эмира, 11 мая они заняли город Ургут, а через пять дней Катта-Курган, последний крупный город на подступах к столице ханства Бухаре. 2 июня на Зирабулакских высотах, между русскими отрядами и Бухарой, произошло решающее сражение, в котором бухарские отряды потерпели поражение.