1873年4月，西宁回民暴动被镇压，其他地方的回民暴动也相继失败。清军长途征战，耗费大量粮饷和物资，却久攻肃州（今甘肃酒泉肃州区）不下，清廷不断催促。陕甘总督左宗棠亲赴前线，10月3日从兰州到肃州，驻城南两里清军大营。次日，他巡查护城长壕、察看地形后开会，部署诸将约期会攻，肃州保卫战进入最后阶段。
左宗棠重新规划作战策略，派宋庆、金顺的部队在城池东北角挖地道进攻，这招“穴地攻城法”是湘军、楚军和太平军打仗时常用且有效的法子。同时，让徐占彪、杨世俊所部在城西南外侧架炮轰城墙，填土平壕沟，接着率兵奋勇登城，最终成功破城。
在《左宗棠全集·奏稿》当中有相关表述称：
八月十四日，马文禄派人带着禀文到徐占彪的归化营求抚，称愿出关讨贼赎罪。我们察觉其有诈，未予批复。只是张贴告示告知城中回民，老幼妇女可免死，真心求抚者，准到营中接受审查，等候区分处理。
左帅驳回马文禄乞降请求，督促军队日夜猛攻。将士们趁着城东北角炮火、地雷轰炸的时机，不惧城上枪林弹雨，奋勇登城。游击张林率部冲到城墙下，不顾回军抛下的滚木擂石，拼命攀爬。回军居高临下，用枪扫射、投石如雨，清军敢死队死伤惨重，城下尸横遍野、血流成河，张林也身中数弹而亡。
清军副将邓增和赖长见攻城前锋全军覆没，赶忙调来几座后膛开花炮、劈山西洋炮对着城垣猛轰。刹那间，城墙上土石四处飞溅。回军反应迅速，马上在被轰塌的地方抢修堵缺，再加上城墙本就坚固，这一番炮轰收效不佳。
10月10日，徐占彪、杨世俊两军负责攻打肃州城西南角，地道挖掘完成。杨世俊为争头功，持刀督兵冒死登城，多次冲击不退缩。回军在城头斜挖深坎、列叉枪射击，杨部攀城官兵伤亡大。杨世俊心急，带头登城，被流弹穿脑身亡。回军士气高涨，猛击清军，杨部500将士无人登城，伤亡超500人。
清军把肃州城围得水泄不通后，集结了六十多营兵力，在人数上占据压倒性优势。可他们发起的一次次进攻都以失败告终，还损失了大量士兵，伤亡十分严重。就连左宗棠也不得不承认这一状况。
历经长久攻坚，清军损耗极大。众多精锐士卒折损，受伤致残者多达数千人。徐占彪带领的四川军马步十三营，有五百多名将士阵亡，两千四百多人受伤。宋庆的军队死伤人数也接近千名。
另外，其余各军也有较多死伤。清军长时间进攻都未能攻克，于是打算进行长期围困。左宗棠大帅只好下令，要进一步修筑壕沟壁垒，还得加力挖掘地道来困住对方。
10月30日，老湘军猛将刘锦棠带着自己的部队，还有招降来的5营回民军（旌善营），从西宁赶到了肃州。此时清军围城已久，城里粮食全没了，守城的回民军和居民饿得脸色惨白、两眼发绿，没了办法。
《肃州新志》记载，人们宰杀骡马用以果腹，年老体弱之人讨来骡马皮煮着吃以求存活，因饥饿而死的人数量多得难以计数。
此时，阴险凶狠的陕回头目白彦虎察觉到肃州守不住，竟一声不吭地带陕回军撤往新疆。肃州粮草弹药耗尽，陕回精锐又撤离，实在难以坚守。马文禄和部下商量后，决定再次出城“请求安抚”。
告知其罪行不可赦免，但仍要遵循之前的指示，先上缴马匹和器械，接着编造客籍与本地各类人口的详细清册，等待审查办理及安置事宜。
马文禄上缴了一千一百七十多支杈子枪、一千多件刀矛，战马大多被杀吃，仅余七十多匹，还有十多挺“劈山炮”。在清军紧盯下，甘州回众从东门慢慢而出，由金顺查验；西宁、河州等地回民残部从南门出来，由徐占彪、刘锦棠清点，之后被分别关押在废弃堡垒。甄别结束，11月13日左宗棠命清军将马文禄等9名主要首领凌迟处死。
清军处决9个回众首领后，依据“朝廷屡降旨‘歼灭净尽’”的要求，对参与暴动的回民展开屠杀。史料记载，先杀“客回”（陕、青回民军）1500多人，接着趁夜围杀“土回”（甘肃本地回众），城内4000多“土回”被乱刀砍死，仅放了少数老弱妇孺。左宗棠事后致信沈吉田提及此事。
肃城成功收复，主要的逆贼无一漏网；当地和外来的回民中，六十岁以上和十五岁以下的妇女一概免予诛杀。数十年来的征伐事宜，此事处理最为妥善。可惜次日各军为争抢贼赃，扰乱了秩序，当即发文要求惩办，以儆效尤。
清军对肃州回众进行屠杀，这其中的是非曲直，如今已难以分辨清楚。西北回民起事时，杀害了大量汉人，据说有两千多万汉民遇难。所以，对于左宗棠屠肃州一事，也不好过多指责。这里只是依照史书记载讲述，功过是非就交由后人评判吧。
清军攻破肃州城，意味着陕甘回民起事彻底失败。肃州回民暴动参与者众多，不仅有河西回众，还有兵败后流落到甘肃的陕回军、西宁回军等，甚至新疆的回族、维吾尔族暴动军也加入其中，最多时超两万人。左帅在给清廷的奏报里提及：
嘉峪关或玉门关内外地势阻隔，声息难通，但也存在互相应援的情况。此前关外查获妥逆向西宁求援信件，甘州截获西宁派往妥逆处求援之人，肃州踞逆也与妥逆常有往来。去年冬天妥逆曾派四千贼兵来援，因被围困无法入城。贼匪内外勾结，官军自应统筹关内外作战。
显而易见，肃州和河西的回民暴动，宛如一座桥梁，将关内外各族穆斯林暴动军连接起来。陕甘与新疆各地的穆斯林暴动彼此关联、紧密相依，最终促成了一场以回族为主导、持续长达6年的西北穆斯林大暴动。
