1869年秋，左宗棠指挥清军进攻宁夏回民，矛头指向金积堡。11月12日，湘军名将刘松山率军攻占灵州，盐茶厅至固原一线逐步落入清军手中，形势对回民军越来越不利。回民首领马正和、陈林等人联合宁夏的马化龙一起，顽强死守金积堡，并与清军展开激烈战斗。回民将领白彦虎、禹得彦和崔三等人则通过偷袭清军的后路，意图切断其粮道，试图牵制清军。

1870年元月，左宗棠从兰州赶至平凉，督促刘松山加快攻占回民的大本营金积堡。刘松山听从指令，迅速推进至吴忠堡，并对金积堡发起更为猛烈的攻势。此时，回民领袖马化龙见清军围困金积堡已久，局势危急，心生退意，决定投降清军。马化龙与清军约定了投降时间，然而在刘松山前往五马寨接受投降时，不料回民中反对降清的士兵开枪刺杀了刘松山，导致清军阵营陷入混乱。回民趁机反击，各路清军几乎同时溃败，回民军迅速收复了灵州至固原的大片区域，并顺势返回陕西，攻占了陕西东部多个重要地区，西北局势再次发生剧变。

清朝廷震怒，对左宗棠进行了严厉斥责，决定派李鸿章接替其职责镇压回民暴乱。然而，李鸿章未及到达潼关，因天津教案事件被紧急召回。最终，左宗棠继续主持西北的平叛工作，整顿军队，命令刘松山的侄子刘锦棠指挥各路清军，重新发起对金积堡的进攻，并调兵遣将截击陕西回军。

经过一番激战，清军于1871年1月6日成功攻占金积堡，马化龙再次投降，并很快被刘锦棠处决。与此同时，陈林、阎兴春等回民首领也率万余兵力投降，并被清军编入队伍。金积堡的陷落标志着回民军的一个重要失败，但白彦虎、崔三和禹得彦等回民将领早已察觉局势不利，带领部队撤往青海西宁。

1872年2月，左宗棠率军攻占河州，并开始分化瓦解陕西回民。左宗棠特别指示要孤立白彦虎这个最为凶残的回民首领，他明确表示“白彦虎无不杀之理”，并亲自命令将其除掉。白彦虎因犯下无数罪行，早已成为回民中最坚定的反清分子。左宗棠对他憎恶至极，认为只有铲除他，才能彻底消除威胁。

同年8月，左宗棠派遣刘锦棠率军进攻西宁。白彦虎联合崔三、禹得彦等回民将领，在湟中与清军展开了长达60多天的血战，战况惨烈。最终，回民军败退，崔三和禹得彦投降并被收编。白彦虎的残部则逃往肃州一带，但在多次战斗中依旧未能突破清军的重重围堵。最终，白彦虎不得不带领残余部队撤往新疆，在阿古柏的支持下与中亚军阀合作。

1877年，左宗棠平定北疆后，决定南下剿灭白彦虎。阿古柏在5月兵败自杀，白彦虎则与阿古柏的儿子伯克胡里带领残军四处逃亡。12月，白彦虎带领部队逃入沙俄境内，未能被清军擒获，成为历史上最为顽强的回民首领之一。

这场西北回乱的最终胜利，虽然左宗棠未能亲手捉拿白彦虎，但其决策的坚定和屡次精确的军事部署，仍使得西北的局势得到了有效平息。这一段历史，既体现了清朝西北平叛的艰难，也彰显了左宗棠作为军事和政治领袖的卓越才能。