Весной 1866 г. генерал Черняев был отозван, а на его место военным губернатором Туркестанской области царь назначил генерала Романовского. К этому времени война с Бухарой была уже неизбежна. Эмир собрал все свои силы вокруг Ура-Тюбе и стал лагерем посреди урочища Ирджар, на Сырдарье выше Чиназа. Там 7 мая русский трехтысячный отряд под командованием Романовского атаковал в десять раз сильнейшего противника и разбил его наголову. Эмир с остатками войска бежал в направлении к Джизаку и Самарканду. Романовский их не преследовал, а пошел на занятую бухарцами кокандскую крепость Ходжент и взял ее приступом. Последствием этого стало поздравление генералу Романовскому, принесенное кокандским ханом Худояром, освобождение русских посланцев в Бухаре и отправление в Оренбург бухарского посольства с мольбой о мире.
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 в 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 Колпаковским, и Сырдарьинскую (город Ташкент) с генералом 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. Император выразил надежду, 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 при десяти орудиях 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 бегущим и сдались русским. Русские солдаты, перейдя реку, сразу же шли в бой. Сапоги солдат были полны воды, разуваться и вытряхивать воду было некогда, и солдаты тогда становились на руки, а товарищи при этом трясли их за ноги.
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.