1873年4月，西甯回民暴動被鎮壓後，其他各處的回民暴動也先後遭到失敗。 清軍勞師遠征，消耗大量糧饷及作戰物資，卻久攻肅州（今甘肅酒泉肅州區）而不克，清廷接連催促。于是陝甘總督、督辦西北軍務的左宗棠親自赴前線督戰，于當年10月3日，自蘭州抵達肅州，駐在距城南兩裏處地清軍大營中。第二天，左帥巡閱 回民軍在肅州城外挖築的護城長壕，仔細察看地形，旋即召開軍事會議，布置諸將約期發起會攻。由河西回民軍首領馬文祿領導的肅州保衛戰進入最後階段。
左宗棠重新部署調整作戰方策，由宋慶、金順所部在城池東北角挖掘地道進攻，這也是湘軍、楚軍昔日在與太平軍較量時屢試不爽的“穴地攻城法”，徐占彪、楊世俊所部在城西南外側架炮轟擊城牆，取土填平壕溝，隨後揮軍奮死登城，一舉攻克之。
《左宗棠全集·奏稿》說：
“（馬文祿于）八月十四日遣人赍禀赴徐占彪所部歸化營乞撫，請出關討賊贖罪，臣等覺其詐，不與批答。唯出示曉谕城中回民老幼婦女免死，其誠心乞撫者，准詣營投審，聽候分別辦理”。
左帥拒絕了馬文祿的乞降之請，督軍晝夜猛攻，將士們趁城東北角火炮、地雷轟炸， 冒著城頭上傾瀉而下的槍林彈雨奮勇登城。遊擊張林率部沖至城牆下，頂著回軍抛下的滾木擂石拼死攀援而上。城上的回軍居高臨下，用火槍俯射登城清軍，還投擲石塊，猶如雨點般密集，頃刻間將清軍敢死隊全部打死或擊傷，城下伏屍如麻，血水橫流，慘烈異常。遊擊張林身中數彈而死。
清軍副將鄧增、賴長見攻城前鋒覆滅，又拉上來幾座後膛開花炮、劈山西洋炮猛轟城垣，一時間城牆上土石翻飛，回軍迅速在轟塌處搶修堵缺，加上城牆堅固，炮轟效果不甚理想。
10月10日，負責進攻肅州城西南角的徐占彪、楊世俊兩軍挖掘地道大功告成，楊世俊爲搶頭功，親自持刀督促兵勇冒死登城，反複沖擊數次，死戰不退；回軍在城頭上斜挖深坎，坎上排列叉槍，輪番施放，彈如雨下，正拼命攀登的楊部官兵死傷慘重。楊世俊急不可耐，遂身先士卒，親自帶麾下勇丁奮死登城，忽然被一枚流彈貫穿腦袋，頓時斃命，屍身倒摔下去。回軍士氣大振，爭先槍擊攻城清軍，楊部500將士無一人登上城頭，傷亡達500余人。
清軍自將肅州城團團包圍後，集中了60多營人馬，兵力占據絕對優勢。然而一次次進攻，均遭失敗，且損兵折將，死傷頗爲慘重。對此，左宗棠自己也承認：
“攻堅既久，損折實多，（清軍士卒）受傷成（殘）廢者，亦不下數千之衆，皆所稱精銳之選也。徐占彪所部蜀（川）軍馬步十三營陣亡將士五百余員名，帶傷者二千四百有奇。宋慶一軍死傷之數近千名”。
除此之外，其他各軍死傷亦不少。清軍久攻不克，便做長期圍困打算，左帥只得下令“增修壕壘”，“加掘地道困之”。
10月30日，老湘軍悍將劉錦棠率部及其招降的5營回民軍（旌善營）從西甯趕到肅州。彼時因清軍 長時間圍城，城中糧食已經耗盡， 守城回民軍及城中居民個個餓得面無人色，眼睛發綠，沒辦法，只好————
“宰騾馬充饑，老弱乞討其皮煮食度活，餓斃已不知其數” 。《肅州新志》
這時，凶狠狡黠的陝回頭目白彥虎已經知道肅州守不住了，竟帶陝回軍不告而別，退往新疆去了，肅州彈盡糧絕，陝回精銳又撤走了，確實已經無法堅守了。馬文祿與部下們商議後，決定再次出城“乞撫”。
11月4日，馬文祿出城到清軍大營“乞撫”。當時金順、宋慶、劉錦棠、徐占彪均在場。左宗棠：
“谕以罪在不赦，仍亦遵前谕，先繳馬械，次造客土各回戶口清冊，聽候審辦安插” 。
馬文祿共上繳杈子槍1170余支，刀矛1000余件，戰馬幾乎被殺吃殆盡，僅剩70多匹，還有十余挺“劈山炮”。在清軍的嚴密監視下，甘州回衆緩緩出東門，由金順點驗；西甯、河州、循化、陝西回民殘余出南門，由徐占彪、劉錦棠點驗，隨後分別拘押于被打廢的堡壘中。清點甄別完畢後，左宗棠下令清軍在11月13日將馬文祿、馬永福、馬金龍、馬照、馬良臣、馬金才、王得勝、尕阿訇、馬梁成等9名主要首領淩遲處死。
將9個回衆首領處決後，清軍按“ 朝廷屢降旨”以殲滅淨盡”爲要，對參加暴動的回民進行了屠殺，史載， 殺“客回（指陝西、青海回民軍）”1500余人，旋即又在黑夜中圍殺“土回”，即甘肅本地回衆，亂刀砍殺了城內所有的“土回”共計4000余人，只釋放了少數老弱婦孺。左宗棠事後在寫給沈吉田的信中說：
“肅城克複，首要各逆，實無一漏網；土客各回，六十以上，十五以下婦女概予免誅。數十年征伐之事，以此事爲最妥善。惜次日各軍因爭賊贓，亂我章法，當即咨照懲辦，以戒將來 ”。
清軍屠殺肅州回衆，孰是孰非，已難于厘清。西北回民起事後，殺戮漢人極多，據說多達2000余萬漢民罹難，因此對于左氏屠肅州一事也難于苛責，在此僅按史書記載敘述一遍，是非對錯，或千秋功罪，只能留給後世評說了。
肅州城被清軍攻破，標志著陝甘回民起事的最終失敗。肅州回民暴動，不只有河西回衆參加，還有在陝西兵敗後流落甘肅的陝回軍、西甯回軍、河州回軍、撒拉軍、保安軍以及新疆回族、維吾爾族暴動軍參與，人數最多時達到2萬以上。左帥在呈給清廷的奏報中說：
“關（嘉峪關 ？玉門關？）內外雖地勢間隔，各逆聲息難通，然亦有互相應援之事。從前關外盤獲妥逆求援西甯之信，甘州亦截獲西甯遣赴妥逆求援之人。肅州踞逆亦與妥逆時有往來。上冬妥逆曾遣股賊四千來援，因見鎖圍既合，不能入城。賊既聯關內外爲一氣，則官軍自宜合關內外而通籌”。
由此可見，肅州以及河西回民暴動起了溝通關內外各族穆斯林暴動軍的橋梁作用，陝甘和新疆各地的穆斯林暴動是相互聯系 ，休戚相關的，遂形成了以回族爲主體、長達6年之久的西北穆斯林大暴動。
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