Во второй половине августа 1866 г. генерал Крыжановский снова приехал в Ташкент и объявил о принятии этого города в подданство России. Генерал-губернатор хотел отклонить мирные намерения кокандского хана Худояра, который по своему положению должен быть вассалом России. Но на переговорах в Оренбурге с бухарским послом не удалось договориться, и Крыжановский решил возобновить военные действия с эмиром, чтобы силой оружия принудить его к заключению мира и подчиниться всем предъявленным ему требованиям. Русский отряд под командованием Крыжановского вступил в бухарские владения и штурмом взял города Ура-Тюбе и Джизак. Однако в Петербурге эти действия оренбургского генерал-губернатора сочли нарушением полномочий и изъяли Туркестанский край из его подчинения. А из всех земель, занятых с 1847 г. в киргизских степях и кокандском ханстве, образовали Туркестанское генерал-губернаторство, во главе которого поставили генерал-адъютанта Константина Петровича фон Кауфмана, назначив его генерал-губернатором и командующим войсками Туркестанского военного округа.
Туркестанское генерал-губернаторство административно делилось на две области — Семиреченскую (город Верный) во главе с военным губернатором генералом Г. А. Колпаковским и Сырдарьинскую (город Ташкент) с генералом Д. И. Романовским. Войска на территории Туркестанского военного округа — 7-й Оренбургский и 3-й Сибирский линейные батальоны — развернуты в 1-ю стрелковую дивизию и 12 линейных туркестанских батальонов.
Весной 1867 г. в Петербург прибыла депутация из Туркестанского генерал-губернаторства для заявления Белому царю верноподданнических чувств. Александр II принял посланцев в Зимнем дворце 26 марта. Депутат от города Туркестана шейх Ислам, потомок султана Азрета, гробница которого, находящаяся в этом городе, считается мусульманской святыней, поднес адрес от жителей области с выражением преданности и признательности монарху, принявшему их в свое подданство. Александр II выслушал адрес и выразил удовольствие, что видит депутатов и что они, как новые подданные России, довольны нынешним своим положением, и он надеется, что со временем их положение еще более улучшится. В беседе с депутатами царь осведомился о состоянии торговли в крае, о народном образовании, о положении мусульманского духовенства и собственноручно роздал пожалованные им ордена, медали и перстни.
Между тем война с Бухарой продолжалась. Летом 1867 г. бухарцы атаковали русский отряд под командованием полковника Абрамова, выставленный у Яны-Кургана.
Генерал Кауфман, прибыв во вверенный ему край, 29 января 1868 г. заключил мир с правителем Коканда, признавшим за Россией все ее завоевания. Новый генерал-губернатор не утвердил мирного договора, подписанного в Оренбурге Крыжановским с бухарским послом, а предъявил эмиру новые условия, но они были отвергнуты Бухарой.
В конце апреля 1868 г. Кауфман с четырехтысячным отрядом и десятью орудиями вышел из Ташкента к Самарканду, на подступах к которому эмир собрал шестидесятитысячное войско. 2 мая 1868 г. пехота генерала Головачева прямо на глазах у неприятеля по грудь в воде перешла реку Зеравшан и в штыковой атаке заняла высоту Чапан-Ата. Войско эмира обратилось в бегство, но самаркандцы закрыли ворота перед бегущими и сдались русским. Русские солдаты, перейдя реку, сразу же шли в бой. Сапоги солдат были полны воды, разуваться и выливать воду было некогда, и солдаты тогда становились на руки, а товарищи при этом трясли их за ноги. Видя это, бухарцы решили, что разгадали секрет русских. Месяц спустя, в бою при Зарабулаке, передние ряды «халатников», подойдя на ружейный выстрел, встали на руки, а задние стали добросовестно трясти их за ноги. По совершении этого обряда никто из них не сомневался в победе.
Оставив в Самарканде гарнизон, генерал Кауфман с войсками Головачева и Романовского двинулся на юг. 18 мая он разбил бухарцев при Катта-Кургане, а 2 июня добил армию эмира в жестоком бою на Зарабулакских высотах. В этой битве приняли первое боевое крещение игольчатые винтовки Карле. Винтовочный огонь косил плотные ряды бухарцев, как траву. Эмир потерял здесь около 10 тыс. своих воинов. Потери русских составили 63 человека. Всего же в этом бою против 2 тыс. русских эмир выставил 35 тыс. Потрясенный эмир запросил аман (мира). Бухара признала над собой протекторат России, уступила России Самарканд и все земли до Зарабулака.
В этот день решительной битвы, 2 июня, в русском тылу восстал Самарканд. К восставшим присоединились отряды воинственных горцев-шахрисябцев, и 50 тыс. повстанцев атаковали цитадель, где засел русский гарнизон майора Штемпеля. Шесть дней 700 защитников самаркандской крепости отбивали приступы повстанцев. Лишь 7 июня вернувшийся из-под Зарабулака Кауфман деблокировал гарнизон. Потери русских составили 150 человек убитыми и ранеными.
Поскольку жители Самарканда присягали русскому царю и, следовательно, были бунтовщиками, Кауфман решил их «примерно наказать» и, не мудрствуя лукаво, велел… сжечь Самарканд.