近代以来，清军被西方列强屡次打败后，开始逐步装备新式的洋枪洋炮。
19世纪70年代以后，输入的洋枪洋炮中后装单发枪种类较多。主要有英国的亨利·马梯尼、美国的雷明敦、法国的老毛瑟、英国的士乃德等。这些枪的形制、性能大致相同，其特点是：口径大，枪管长，枪身笨重，携带不便。（《中国近代军事史论文集》军事科学出版社1987年）
左宗堂本人一直非常重视西洋军事技术。《左宗棠年谱》中记录了他的很多言论：“西人洋枪队式，行列整齐，进止有度，远胜中土。”
“旧式枪炮，本己精工，近改用后膛进子之法，进口大而出口反小，致远取准，更为精妙，其新式则愈出愈奇，实则枪如后膛螺丝开花，已极枪炮能事，无以复加……”
因而，左宗堂在自己的部队中装备了相当数量的西洋兵器。在楚军营制中，还特别制订了爱惜洋枪一条，开首便说：“洋枪、洋炮、洋火、洋药，不独价值昂贵，购买亦费周章，凡我官勇，务宜爱惜，不可浪费。”（（民国）秦翰才：《左文襄公在西北》）可见对此事的重视程度。
在收复新疆过程中，这些近代化武器的配备，使清军战斗力明显增强。当然，在当时的现实历史环境下，为保证军火供应，左宗棠面临不少困难。
1、保障军火供应的措施
首先，西征军当时最为突出的问题就是武器运输规模和运输难度：
当时配备的洋枪洋炮，主要产地在国外（多系德国造），而采买地是上海，离西征大军可谓遥遥万里。其间要跨洋过海，然后沿长江到达武汉，再换马匹驮至肃州，运到前敌还要由驼骆来牵引。为此，左宗棠建立了庞大的转运机构，并以自己凌厉的办事风格，使得沿途地区的各个官僚机构都得尽心配合。同时，在朝廷的命令下，京师及东北、内蒙、山东等各地清军都调运出大批军火供应西征军使用。
老湘营的军纪和战斗力比一般的湘军要好
左宗堂对胡光墉工作很满意，专门上奏朝廷请求对胡进行奖叙，破例给胡光墉赏穿黄马褂以示恩宠。户部经过一番议叙，批准了他的请求。
最重要的是：西征军在收复新疆过程中开始了军械、军火的自行制造。从西方购买运入军火，毕竟路途太遥远了，而且费用太巨，左宗棠决议先在西安后在兰州创办了制造局，就地自主生产西式军火。其中，于1873年（同治十三年）创建的兰州制造局对收复新疆的军火补给起过重要的作用。
当时，局务由记名提督、总兵赖长主持。赖长为广东普宁奇美人，出身农家，聪颖过人,在曾国藩湘军中由小兵起步，早年在福建从事洋务运动，仿造洋人兵器式样制成铁枪、铁炮、后膛枪。1872年7月,他奉左宗棠令调职担任兰州制造局总办。赖来兰时，携带部分机械工具，一到兰州即投入兵器的制造修理和筹建厂房工作。1873年工厂在兰州南关建成，并投入生产，厂务、技术均由他全面负责。
赖长在兰10年，作出不少建树，是西北近代工业发展的先驱。制造局工匠多为赖长初期招聘的“浙匠”和“粤匠”，也有“洋匠”，但主要还是中国工匠发挥了主要作用。产品可考的有：
仿制德国“后膛螺丝大炮”，“延粤匠学造，已成大小二十余尊，与布炮大致无殊。”
轮架大炮，“又仿其意造二百余斤重炮，用车轮架放，亦殊合用。”
后膛上响枪，“局造已成数十杆，亦能及之”。改制劈山炮及广东无壳抬枪，“劈山架改用鸡脚”， “无壳抬枪，改照洋枪式，安宝嗒嘴，用铜帽子。”除此之外，还“自造铜引、铜帽、大小开花子。”
----（《左宗棠全集·书牍》卷15））
赖长精于业务，军械质量能够保证，据说，前来考察的俄国军官索思诺维斯基看到兰州制造局所造枪炮之后，“叹服同声，自此亦稀言枪炮矣。”（《左宗棠年谱》第300页）
2、成效显著的措施
1876年4月左公在肃州祭旗之后俄国人拍摄的照片
1874年3月14日，由索斯诺夫斯基带队，一行九人，里面有搞测绘的，有科学家，有中俄双语翻译，还有三个哥萨克士官和1个摄影师，从俄罗斯圣彼得堡出发，7月底达到了属于清朝的乌兰巴托。1
1875年农历五月，俄国考察队一行进到了兰州的陕甘总督署拜会左公。
索思诺夫斯齐参观考察完后，对兰州制造局制造的武器大为赞赏，并对左宗棠说：愿意为中国西征军提供粮食，从俄国运送400万斤粮食过来，每百斤运费只需7两5钱银子。
左宗棠自然笑纳，这简直就是雪中送炭。从俄国运送粮食，运费大为降低，仅此一项就为西征大军节约了近40万两银子。俄方当时提出来的是从斋桑泊一带为湘军代买五百万斤粮食，由俄方运到新疆的古城子，也就是现在的新疆奇台县，条件是允许俄商来西北地区贸易，和经嘉峪关将南方出产的茶叶运往俄国。粮食左公想都没想就同意买，因为大战在即，急需粮草。但经商这点一直含糊其辞，不说同意，也不说不同意-拖着。
当时西征军的粮饷主要有四个来源，一个是甘肃河西地区购买，二个是从口北，也就是乌里雅苏台，科布多和归化的蒙地购买，三个就是在新疆巴里坤和古城子就地采买，而且湘军不作战的时候在新疆也会种田，四个才是从俄国人这里购买的五百万斤意外之粮，但左公并不指望俄国人一定会按时交付，他深知饭碗要端在自己手里才放心的道理。
实际上，这意味着沙俄当局已经打消了完全占据伊犁地区的野心。
索思诺夫斯基等人回国向沙俄政府汇报了西征军的情况，使得沙俄政府打消了完全吞并伊犁地区的想法
光绪元年，在刘典的筹划下，火药局也在兰州成立了。自此，原先从海外购买的子药也可就地取补了。不过所造火药经过检验，还是无法和洋火药相比的，威力逊色不少，但考虑到当时中国近代工业的总体面貌，无可厚非。就这样，兰州变成了一个积蓄军火的大本营，武器和弹药被源源不断地运往前敌。
沙俄军官们所看到的左宗棠西征军，军中已设有专门炮队、枪队，初步适应了近代战争形式，训练有素，经常用作进攻的先锋，在整个军事作战行动中发挥着举足轻重的作用。此外，在老湘军各营营官直辖的亲兵中，还设有劈山炮二队。
清军西征部队的战斗力有了明显的提高，这不仅是量的增加，更是质的转变：它已是一支具有初步近代化色彩的军队。这样的部队，相比较沙俄中亚地区的哥萨克边防部队，在武器装备和战术上已经差不多了。
这不是国人自吹，而是当时中亚争霸的英俄两家公认的：这支军队完全不同于所有以前在中亚的中国军队，它基本上近似一个欧洲强国的军队”（《阿古柏伯克传》第245页。）。
3、战场威力
西征军的新式火器在光绪二年六月，在清军攻拔古牧地之战中，初步显示其攻坚的作用。当时，古牧地守敌甚为顽固，清军环城正西、西北、西南三面结垒，抽派营勇于南城外昼夜修筑高过城身一丈的炮台，城四面原有炮台加固后铺板以便安炮，布置就绪。二十六日，刘锦棠饬宁夏镇总兵谭拔萃率千总庄伟以开花大炮轰塌东北面城垛，接着用开花铜炮并劈山炮对缺口连续轰击，到二十七日开花大炮轰塌城墙正东，“复以开花小炮及劈山炮环攻不歇”。
之后，知府罗长佑督同副将杨金龙及庄伟“率亲兵移开花大炮于正南炮台，伺天色渐明，指轰南门左侧，并调集标针快响枪、七响洋枪、劈山炮排列炮台两侧同时轰击，提督谭慎典、谭和义率中军左四旗，参将董福祥，副将张俊率董字两营，各饬勇丁囊土潜伏墙壕，俟大炮轰有缺口，即行攻入……二十八日黎明，开花大炮轰动，南城左侧子墙渐圯，大炮测准连轰，城身坍卸过半，城头悍贼潜城隈，仰施枪炮。官军标针快响枪、七响枪、劈山炮连发，子注如雨，贼多死者”（《光绪朝东华录》第277-278页）。凭借强大火力，叛军完全被碾压，各路大军强势攻入城，古牧地逐告光复。
不过，这一次叛军负隅顽抗，死守不退，相持不下。清军只能继续加强火力，连续轰击一个多月，不断发起冲锋，到九月初一日已经轰塌城墙十几处，将敌军元帅韩刑脓击毙。（《光绪朝东华录》第338-339页。）此战中，近代化军械没能像攻拔古牧地时那样摧枯拉朽，但有效地大量杀伤叛军，将战斗力极强的玛纳斯叛军一直压在城中狠打。不过，此战因为清军主将金顺的优柔寡断以及贪功，导致清军自身伤亡也很大。
直到十一月初六日，叛军因断粮而乞降，同时又偷偷打算突围，清军及时包围叛军突围部队以及裹挟的老幼妇孺，枪炮齐射，最终将全城所有人口屠戮一尽。
1877年5月29日凌晨，陷入绝境的阿古柏，猝死于喀拉沙尔。1878年1月初，清军收复全疆。英国人评价，这是“从一个多世纪前的乾隆时代以来，一支由中国人领导的中国军人所曾取得的最光辉成就”。
此次战争虽也使用了冷兵器，但主要武器就是新式枪炮，虽然也包括劈山炮、抬枪等土法火器，但决胜武器还是最新的后膛炮以及加特林机枪等等。从敌我双方武器装备的近代化及由此升级的战争强度来看，收复新疆之役可称得上是一场完整意义上的近代战争。
然而，从内地到新疆的道路却停留在非常原始的水平之上。沙俄的观察者们就认为：这是一场在原始的道路上进行着一场近代战争。而左宗棠在临近古稀之年，还抬棺出征，为中国保住了中亚的中心区域，一举奠定了中国此后至今的地缘战略地位，其功劳足以流芳万世。
