В 1858 г. в ответ на разрушение русскими войсками укреплений Пишпек и Токмак кокандский хан объявил России священную войну (газават) и в октябре 1860 г. двинул на город Верный. Однако его войска были разбиты русской армией, после чего под власть империи перешло все Семиречье, а в 1863 г. и прежде зависимые от Коканда киргизские земли севернее Тянь–Шаня. Летом 1864 г. русские захватили Чимкент, а в мае 1865 г. — Ташкент. Бухарский эмир, противодействуя Петербургу, посадил в Коканде своего ставленника, но сам был разбит русскими войсками, после чего Россия в 1866 г. заняла Ходжент, Ура–Тюбе и Джизак, тем самым отрезав Коканд (который был вынужден заключить с империей кабальный договор) от Бухары.
В 1868 г. войска бухарского эмира были снова разбиты, после чего русские овладели Самаркандом и крепостью Катта–Курган. После следующего поражения эмир был вынужден согласиться на мирный договор, по которому часть его земель переходила к России, а сам он признавал себя вассалом царя, предоставляя россиянам свободу предпринимательской деятельности в границах своих владений.
Покорение Бухарского эмирата сделало Российскую империю господствующей силой во всем Западном Туркестане. Но независимость еще сохраняла Хива, установить контроль над которой Россия пыталась еще со времен Петра I. К началу 70‑х гг. XIX в. владения империи окружали Хивинское ханство с трех сторон. Весной 1873 г. русские войска под командованием К. Кауфмана начали наступление на Хиву, и 29 мая город капитулировал. По мирному соглашению от 12 августа 1873 г. хивинский хан признал себя вассалом российского императора, отказался от самостоятельной внешней политики, обязался выплатить контрибуцию, передал России свои владения на правом берегу Амударьи и предоставил русским предпринимателям право свободно вести дела на подвластных ему территориях.
Вместе с тем обострялось недовольство зависимостью от России и усилением налогового давления в Коканде. В 1873 г. против хана восстали киргизы Ферганы и предгорий Памира, жители кишлаков и аулов, которых поддержали мусульманское духовенство и оппозиционная часть знати. Несмотря на действия правительственных войск восстание распространилось по всему государству и 1875 г. хан бежал, а русские войска заняли Фергану и в сентябре 1875 г. вошли в Коканд. Оказывавшие им сопротивление повстанцы были разбиты. 19 февраля 1876 г. Кокандское ханство было официально упразднено, а на его землях создано Ферганскую область в составе Туркестанского генерал–губернаторства. Под юрисдикцию России перешли и ранее подвластные Коканду киргизские племена и роды, жившие в Ферганской долине и на Памире.
Покорение Хивы и присоединения Ферганы предоставило России возможность сосредоточить усилия на завоевании Закаспийской территории, заселенной туркменами. В 1881 г. русские войска овладели Геок–Тепе и Ашгабатом. В том же году была организована Закаспийская область в составе Кавказского наместничества. В 1884 г. к ней присоединены занятые русскими войсками Мервский и Тедженский оазисы, а в 1885 г., после победы над афганцами на Кушке — и Пендинский оазис. Все это, а в особенности взятие Мерва, поставило Россию на грань войны с Британской империей, которую беспокоила возможность дальнейшего наступления россиян в сторону Индии, но дело удалось решить дипломатическими путями, и новые границы Российской империи были признаны Великобританией и Афганистаном. Демаркация границы завершилась в 1887 г. Таким образом, к концу XIX в. под власть России перешла вся территория западной части Центральной Азии до границ с Ираном и Афганистаном на юге.
В 1865 г. на захваченных землях создана Туркестанская область, реорганизованная затем в Туркестанское генерал–губернаторство с центром в Ташкенте. В его состав входили Самаркандская, Семиреченская, Сырдарьинская и Ферганская области, которые возглавляли военные губернаторы. Области были разделены на уезды, управление которыми сосредоточивалось в руках уездного начальника, при котором было два помощника: старший (из россиян) и младший (из местного населения). Уезды делились на волости с волосными начальниками, а волости — на аулы с аульными старостами. Эти начальники и старосты избирались из местного населения, как и судьи, которые разбирали внутренние дела по обычному праву. Под контролем генерал–губернатора фактически находились также Бухарский эмират и Хивинское ханство, где сохранялось прежнее административное деление и традиционное право.