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.
В результате 23 июня 1868 г. между Петербургом и Бухарой был заключен мирный договор. Бухарское правительство официально признало вхождение Ходжента, Ура-Тюбе и Джизака в состав Российской империи. Русским подданным предоставлялось право свободной торговли и учреждения торговых агентств в ханстве, проезда через его территорию в другие государства, а также гарантировалась безопасность личности и имущества. Царское правительство добилось принятия эмиром пункта о выплате 500 тыс. рублей контрибуции, а для обеспечения выплаты оно объявило о временной оккупации Самарканда и Катта-Кургана, из районов которых был образован Зеравшанский округ.
Таким образом, в 1864–1868 гг. большая часть Средней Азии вошла в состав Российской империи, а Кокандское и Бухарское ханства были вынуждены признать свою вассальную зависимость от России. Подчинение Россией остальных районов Средней Азии стало лишь делом времени. После этого Россия могла уделить больше внимания Хивинскому ханству, овладению восточным побережьем Каспийского моря и всей Туркменией, а также развитию торгово-политических связей с Китаем, особенно с его западной провинцией Синьцзян.
На этом этапе англо-русское соперничество в Средней Азии завершилось, победой России. И это была чрезвычайно важная победа всего русского народа. Ведь если бы Великобритании удалось захватить Среднюю Азию, то можно не сомневаться в том, что на этом английская экспансия не завершилась бы, а пошла далее на север, и в конечном итоге все это вполне могло привести к потере Россией Восточной Сибири и Дальнего Востока.
Здесь надо отметить, что успехи России в этот период в значительной мере были обусловлены последствиями грандиозного восстания народных масс в Индии, которое в 1857–1859 гг. потрясло основы британского господства в этой стране. Другим важнейшим последствием временного ослабления английских позиций в этом регионе явилось заметное усиление Афганистана, эмир которого сумел преодолеть феодальную раздробленность страны и заметно расширить ее границы. В июне 1862 г. войска Дост Мухаммеда захватили Герат, но вскоре после этого эмир умер.
Смерть сильного правителя Афганистана позволила англичанам вновь вернуться к планам закабаления этой страны. При этом они всячески стремились к созданию на афганских землях плацдарма для нападения на русские владения в Средней Азии, а также для продвижения в Западный Китай и Восточный Иран. На смену осторожной выжидательной дипломатической линии по отношению к Афганистану шла откровенно агрессивная, наступательная политика, основанная на угрозе применения военной силы.