1862年（清同治元年），河州（今甘肃临夏）回民为响应陕西回众暴动而发动叛乱，叛军于翌年9月攻占狄道城。1864年，河州叛回军在头领马占鳌的率领下直捣河州城，一举攻拔之，使它逐渐成为甘肃叛回军的四大据点之一。
左宗棠在督军攻伐马化龙的回军时，已经为进剿河州之战做了多方准备。1869年夏天，他派吴士迈、李耀南率南路清军由陕西开往甘肃秦州，兵锋直指狄道州、河州。当年底，他派翼长周开锡统辖南路军，并派兵攻占巩昌，在宁远、礼县交界处大破叛回军，趁势进占渭源。
1871年夏季，周开锡病死军中，南路诸军改由陈湜统率。左宗棠命陈湜抓紧准备渡河用船只和架设浮桥所需材料，以便大军进攻河州时能顺利飞渡洮河天险。同时还命诸军整修道路，以利部队行军和转运辎重、粮草。
在此前的1871年3月，河州叛回军1000人趁清军专注攻打盘踞金积堡的马化龙叛军之机，从安定出击，突袭通渭、秦安、清水等地，却被清军杨世俊、张仲春部击败 。在固原东西两山打家劫舍的一股土匪武装与回军残部取得联系，欲伺机夹攻清军。魏光焘、周绍濂等觉察后率部昼夜追赶，屡次挫败叛军、马匪，颇有斩获。 但这伙人大多为惯匪，他们侦知清军大举来攻时，便分散藏匿于山谷洞穴中；待清军回营，他们又出山袭扰。这些游匪还与河州叛回军会合，袭击南路清军，给清军造成不小困扰。当年4月，一股游匪武装渗透进秦安、徽县等地，另一股则窜至宁远、伏羌（今甘肃甘谷）。杨世俊、李辉武等奉命率部分路堵击，回民游军被击败后溃退到会宁。5月，金顺、张曜合兵攻破纳家寨，周开锡率部击溃阶州的回民游击部队。
7月底，左宗棠殚精竭虑备足大军所需的3个月粮草后，调集各军向河州发起总攻。其中，中路军以凉州镇总兵傅先宗率鄂军由狄道城出击，一半兵力西渡洮河后挖壕筑垒，构筑防御工事，另一半兵力则驻守洮河东岸；左路由记名提督杨世俊、提督张仲春率领，经南关坪直趋峡城；右路由刘明镫部从马盘往攻红土窑，再入定安，以扼守康家崖，徐文秀率楚军（老湘军）从静宁州取道会宁节节推进。待中路军将洮河西岸的深壕高垒修筑完毕后，左、右两路渡河前进，直扑河州。为防万一，左宗棠还将黄鼎部8个营步兵和副将蒋锡帧的3营骑兵交予徐占彪率领，由中卫南下靖远，剿灭会宁、安定两地的叛回军机动部队，以防止回军偷袭、骚扰兰州。
8月，各路清军分道进发。左宗棠于9月中旬由平凉奔赴安定， 经仔细查勘地形后，他认为河州形势“以太子寺、大东乡为总汇，以三甲集为门户”，随后和徐文秀、刘明镫商议，决定先攻康家崖 ，作为攻取河州的前沿或依托。
彼时清军已经攻下狄道，左宗棠就命右路军于9月中旬攻击康家崖，很快顺利攻下，迫使河州叛回军主力全部退守洮河西边的三甲集等地。10月初，左宗棠下达渡河作战的命令。中、左两路清军在狄道渡口搭设浮桥，6000将士渡河抢占有利地形，构筑工事，在洮河西岸有了立足点。随后在中、左两路清军的火力掩护下，右路军在康家崖一带强 渡洮河，叛回军凭借早已构筑好的壕垒顽强抵抗，使清军好几次渡河均未成功，还损失了不少兵马。
11月中旬，福建布政使王德榜等率军经狄道浮桥强行过河，配合中、左两路已渡河清军猛攻回军黑山头阵地，右路清军趁机在康家崖一线渡过洮河。渡河成功后，清军于11月下旬分道进攻河州重要屏障——三甲集。清军装备明显优于回军，早就列装了德制火炮和后膛枪，火力配备具有压倒性优势 ，激战中 ，回军被打死数千人，余众被迫退守太子寺。太子寺位于河州以东约50里处，是河州的重要门户、要隘。叛军在此设有重兵，重点防守，挖有一道长壕 ，并在四周险要处构筑了许多堡垒。
1872年1月，清军从东、北两个方向进攻太子寺，但面对回军精心设置的交叉火力，均未能得手，且伤亡惨重。后来，清军吸取教训，转而从南面发起进攻，集中了40多个营的兵力密布于太子寺以南20里的新路坡，声势浩大， 志在必得。
2月12日夜，叛回军利用月黑风高偷偷潜进新路坡，并构筑成3座坚固堡垒，截断了其清军的粮道。次日天亮后，傅先宗率部猛攻叛军坚垒，未能攻克，随后又与杨世俊部联手分三路进击，捣毁叛军设置的木栅。 叛军枪炮齐发，大批清军死伤，傅先宗身先士卒，中炮身亡。叛军趁势发起反攻，杨世俊督军拼死抵抗，缓缓撤出战场。2月15日，徐文秀率部驰援，协助杨世俊将叛军击退。傅先宗部因痛失主将，群龙无首，被撤往后方守护粮道。仅剩杨世俊部死守石梁坡，兵单势弱。叛军乘势加紧进攻，杨石俊力战不支，只好率部撤出石梁坡，在险要处扎营扼守。
2月19日，忽然刮起了猛烈的沙尘暴，视线很差，叛回军趁机攻打后撤休整的傅先宗余部，被闻讯赶来的徐文秀部击败。双方僵持到黄昏时分，叛回军主力赶至，旋即发起猛攻，清军难以抵挡，相继溃逃，一发不可收拾。徐文秀羞愤已极，独率300勇士浴血抵抗，无奈寡不敌众，他本人多处负伤， 血流遍体，仍死战不退，直到伤重而死。
左宗棠接到兵败的报告后大为震惊，立刻让人飞骑传檄让沈玉遂接替徐文秀的指挥权、命王德榜统领傅先宗残部，为严肃军纪，他还传令将傅先宗麾下带头溃逃的6名将官处决，命各部稍作休整后即缓缓推进，择地扎营。
在与清军的反复血战中，叛回军的伤亡也很惨重，其精锐更是减员过半。马占鳌听说左宗棠失去好几名爱将后悲愤异常，正调兵遣将接踵而来，加上西宁等地的回变军大多已接受招抚降清，他左思右想，深觉“官军之不可力抗”而“去路已绝”，为了保住身家性命以及追随自己的回民精壮，他决定向左宗棠乞降。计议已定，他派人到三甲集向清军“乞抚” 。
左宗棠接到部将奏报后，结合当时清军艰难进剿的不利战局与状况，指示属下：
“办回之道，不外剿抚兼施，如果马占鳌等诚意归降，应网开一面；如其反复无常，就要细细查问 ”。《左文襄公全集·奏稿》
为保险起见，做事精细的左宗棠派已经投降的陕西回民首领陈林，西宁回首马桂源等人前往太子寺详细探查、摸底，直到确定马占鳌“顶经誓不反复”后，才让官兵收缴马占鳌叛军的炮械马匹。马占鳌还派自己的子侄前往安定向左宗棠献良马，实际上是送去人质以表投诚的决心，左宗棠并未留质而是让他们回去收缴河州回变军的火炮、枪械、刀矛和战马。他认为借 马占鳌投诚缴械之机，正好开展安抚回众的工作，但一定不能重蹈金积堡马化龙投降却不缴械之覆辙。因此，他下令将马占鳌降军打散重编，隔离安插，及时送到各安置点屯垦耕种。他通过“散其党，分其势，收其权”的方法，谋划西北回民管理的“久远之图”。此外，他还指示——
“河州从教（信回教）之民，宜勒令改汉，将来即以兵屯之地与之”。
以此削弱新教（哲赫忍耶）对回民的精神控制，更便于清廷管制。
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