正当左宗棠在筹划福州船政局时，清政府又任命左宗棠为陕甘总督。左宗棠对此次远征陕甘根本没有信心。于是，左宗棠就将行期推迟了3个月，并提前筹划良策。虽然左宗棠平捻受挫，但捻军还是被他镇压了下去。接着，他又平定了回民暴乱。
1866年9月25日（同治五年八月十七日），清政府任命左宗棠为陕甘总督。但是，因为福州船政局的定议尚需时日，左宗棠不得不奏请稍缓起程，将行期推迟了3个月。
12月16日，左宗棠带着他的3000名士兵告别福州，正式启程前往陕甘赴任。这一路上，他们浩浩荡荡由陆路启行，取道江西、湖北，第一站是汉口。
1867年1月28日，当左宗棠经过黄州时，又接到诏书，因为捻军首领张宗禹已进入陕西，改命他先去西安追堵捻军。于是，他特地致书居住监利的老朋友王柏心，邀其会面于汉口。
左宗棠对此次远征陕甘并没有信心，而与之相反的是，清廷对左宗棠此次远征陕甘却寄予了很大的希望。陕甘回民起义爆发之后，清廷原先想让满人自己来镇压，但是屡次作战都极不顺利。接着又命湘军将领刘蓉、杨岳斌等人率部入陕，但仍然没有控制住回民起义的燎原之势。
1866年冬，随着西捻军入陕，陕甘的形势进一步恶化。清廷在无可奈何之中，决定调派左宗棠出马，希望他能迅速扭转陕甘的战局。为此，清廷两下谕旨，督促他火速带兵入陕。
第一道谕旨御赐了左宗棠一个正式的头衔——进士，并授左宗棠钦差大臣；第二道圣旨是“六百里加紧”送到的。清代颁发廷谕按公文的急迫性质分为三个等级，一是“马上飞递”，要求驿卒日行300里；一是“紧急”，要求日行四五百里；而“六百里加紧”则要求日行600里以上，连人带马日以继夜地快递。
捻军就是太平天国时期北方的农民起义军，也称捻党。1853年，捻党在太平天国起义的影响下发动大规模起义。起义后的“捻”，就是史学界所说的捻军。
捻军起义的历史分为两个阶段。自1853年春至1863年3月为前期捻军。1855年秋，豫皖边的捻军首领齐集亳州雉河集会盟，推举张乐行为盟主，决定建立五旗军制，开始联合作战。从此，捻军在淮河南北广大地区不断打击清军，有力地支援了南部太平天国的革命。但是，由于捻军组织不严密，缺少强有力的统一领导，在和清朝的正规军作战中多次失利，力量受到很大削弱。张乐行等著名领袖也相继牺牲，捻军的根据地雉河集也于1863年失守，只有任化邦、张宗禹等人率领余部突出清军的重围，活动于河南、湖北和陕西边区。
捻军首领张宗禹、任化邦突围出来后，与太平军余部的遵王赖文光开始联合作战，采用流动战术，易步为骑，迅速成为一支拥有十万余众的武装力量，并且屡次大败清军。
1866年10月23日，捻军在河南分为东、西两支：赖文光、任化邦率领东捻军在鄂、豫、皖、鲁之间转战；张宗禹、张禹爵率领西捻军，进入甘、陕，联合回民起义军，极大地震撼了西北大地。
在陕西回民起义影响下，甘肃盐茶厅属平远所回民首先响应，继之，宁夏金积堡的马化隆，河州的马占鳌，西宁的马尕三、马桂源、马本源和肃州的马文禄等先后起义，其势力遍及甘肃东西各地。
除此之外，陕甘地区还有因久经战争蹂躏、流离失所的汉族农民，以董福祥、扈彰等为首，形成大股，结合清军的散兵溃勇，在陕甘、特别是陕北地区活动。
到了1867年1月，西捻军进入陕西华阴、华州、渭南、临潼、蓝田、咸宁、长安、周至、鄂县等地。西捻军的进入，使陕甘地区的回民起义军迅速复活动起来。
虽然清廷一再谕令左宗棠火速入陕，以解危急，但是，左宗棠自己的心里最明白，他不是神，不是说只要他一到陕甘，捻、回的问题就会迎刃而解了。早在1866年12月5日，他在奏折中就向朝廷强调了两件事：一是兴屯以解决军粮；二是切实保证军饷。没有粮，没有饷，就没有军队；没有军队，就没有胜利可言。
1867年2月初，左宗棠才到达汉口，大营驻扎在后湖。一到汉口，他除了忙于招集、整顿部队，等待从湖南招募的3000名旧部到汉口来会师之外，他还又特地从湖北监利召来了旧日的同僚好友王柏心。
左宗棠之所以一定要把老友王柏心请来当“高参”，是因为左宗棠曾与他在湖北张亮基幕府共事，深知他工于心计，足智多谋。而且，王柏心曾做过林则徐和罗文俊的幕客，熟悉陕甘的情况。
在聚议室里，王柏心首先谈高见，他认为捻军“飘忽驰突，兼善用骑”，“最为难制”，因而应以先灭捻军为急务。他历数了几股捻军和回军的情况，说：“这几股力量异常活跃，要分出轻重缓急，兵力要相对地集中，攻其一点，中间突破，特别是捻，飘忽驰突，善于骑射，看来应该先打捻，后打回，要次第解决。欲得西陲靖，必先清腹地，以免后顾，中梗粮道。”
左宗棠深知到西北边远地区行军作战，粮饷一难筹，二难运。用兵的人要用大气力来顾这一头，否则孤军深入，不败在对方手下，也败在这粮饷不济上，所以他早就抓住一个“屯”字在翻烧饼，怎么个屯法，屯一段，进一段，他跑，他窜，忽东，忽西，只能清一片算一片，他驰突久了，也就没有元气了，就容易击败。
王柏心还根据西北的具体情况，建议以马队作为主力，口（张家口）马难得，川马也中，速速请北方马师训练。炮车不能及时造就，先造独轮的用了再说，炮是要的，而且要开花炮，枪也要换后膛枪。
左宗棠的二哥宗植也列席了弟弟的战前运筹聚议。虽然他不懂用兵之事，但书读得多，也好经世致用之学，认为战争胜败在于军心民心之向背，在民族杂处地带，要善于化除汉族与回族以及与其他民族之间的隔阂，不能一味地高压、掠杀。泱泱中华，民族众多，谁懂得这一点，谁将能赢得长治久安，不懂得这一点的，最终不败在军阵上，也要败在民心上。
王柏心的言词直率而恳切，对左宗棠很有启发；二哥的话，也十分重要，左宗棠都是洗耳恭听。
左宗棠接受王柏心的建议，进一步修订了自己在西北的战略方针，即所谓：“以用兵次第论，非先捻后回不可，非先秦后陇不可。”
在战术上，左宗棠为对付捻军的剽悍骑兵，提出要“讲求阵法，先制其冲突，而后放枪炮；先立定脚跟，而后讲击刺，庶有把握”，还提出要“以车营、步队挡贼马，而以马队抄其步”。训练车营的计划，因后经实践无效而放弃；建立骑兵一事，他虽十分重视，但短时间亦难办好，经“极力搜索”，只买到460匹马。这样一支弱小的骑兵，远不能与捻军铁骑争锋（东捻军在全盛时达10余万人，骑兵超过半数，西捻军约3万人，骑兵也有1万多）。在这种情况下，左宗棠认为：“唯多用火器，庶几制胜。每营除改用短劈山炮三十八尊，安于战车，其洋枪则加至六成。所需洋药甚巨。”
左宗棠与王柏心在汉口聚会的几天中，不单是叙旧，更重要的是讨论国家大事和西北用兵策略、作战部署等。他们两人有许多相同的看法，谈得十分投机。左宗棠后来平定新疆时采取的一项成功的战略——“缓进急战”，即用充分的时间做好各项准备，然后以迅雷不及掩耳的行动速战速决，这项战略就是王柏心和他共同商定的。
他们还一致认为，在西北作战，应采取屯田政策，因为西北粮食缺乏，军粮若全靠内地接济，迢迢数千里，运输困难，万一断粮，军队就不能作战了。屯田是汉代大将赵充国创立的办法，即兵士中一部分就地农垦，自己养活自己，这也是长远之计。对付捻军，他们都认为要用骑兵和炮车作战。因为捻军往来奔驰，避实就虚。专用步兵对付则追赶不上，应该用骑兵对付步兵，用炮车对付骑兵。他们又定“三路进兵之策”。王柏心和他商定的策略，不仅对陕甘军事有用，在收复新疆中也起了重要作用。
在西征军的人事上，左宗棠也作了部署：除奏调刘典帮办陕甘军务外，又调广东提督高连升（果臣）率部来西北参战。另外，原属曾国藩统领的将领刘松山（寿卿）也奉调入陕，带领老湘军9000人，以后成为左宗棠手下的一员大将（曾国藩以国事为重，派出爱将，调遣老湘军主力，支持左宗棠西征，品格高尚。收复新疆大业垂成，亦有他的重要贡献）。
因为曾国藩剿捻不力，清廷命李鸿章为剿捻主帅，并督剿东捻，左宗棠负责征剿西捻。另外还有几支地方部队参加。一支是张曜的“嵩武军”，另一支是宋庆的“毅军”，这两支部队都是豫军，英勇善战。此外，山西按察使陈湜的军队也由左宗棠节制。
左宗棠督办陕甘军务，在有捻有回，有陕有甘，有军有政，并须顾及目前和长远等各方面问题，的确是十分复杂和艰巨的任务。
左宗棠“一面就地采买战马，练习马队，先造独轮炮车，暂应急需。待所调各营聚齐，由襄樊出荆紫关，经商州以赴陕西……一面开设屯田总局，相度秦陇紧接要隘有水草可田可牧者，开设屯田；一面汰遣陕甘各营，去疲冗，省军食，为久远之规。其愿留屯田者，编入册籍，指地屯牧；不愿留者，资遣散回各本籍，禁其逗留为患。然后军制明而内讧可以免，屯事起而军食可渐裕矣！”
对于甘肃，他说：“甘省回多于汉，兰州虽是省会，形势孑然孤立，非驻重兵不能守。驻重兵则由东分剿各路之具又以分见单，不克挟全力与俱，一气扫荡。将来臣军入甘，应先分两大支，由东路廓清各路，分别剿抚。俟大局戡定，然后入驻省城，方合机局。”据此，他认为：“进兵陕西，必先清关外之贼；进兵甘肃，必先清陕西之贼；驻兵兰州，必先清各路之贼。然后饷道常通，师行无梗，得以一意进剿，可免牵制之虞。”
这样一来，分阶段逐步推进的好处显而易见：“已复之地不令再被贼扰，当进战时即预收善后之效，民志克定，兵力常盈。事前计之虽似迟延，事后观之翻为妥速。”他还说：“兵事利钝，受其事者固当身任其责。至于进止久速，则非熟审彼己长短之形，饥饱劳逸之势，随机立断不能。此盖未可以臆度而遥决者也。”同时，他自己多年转战东南，于西北兵事不曾经历，所部都为南方健卒，对于捻、回各军的伎俩并无实见，若不慎之几先，加以迫促，诚恐所事无成，时局也难设想。
其实，左宗棠在制订先捻后回的作战方针时，还从捻军中有因畏罪惧诛之故，偷息草间情出无奈者，认为：“如能反正归诚，似可稍从曲贷”。并因此奏请清政府：“宽其既往，许其悔罪。”决定采取“战抚两用”的政策。
