左宗棠在平定陕西回乱之后，于1869年11月，分兵三路向甘肃进军：刘松山率部由绥德西进，直指金积堡，是为北路；李耀南、吴士迈率部由陇州、宝鸡趋秦州，是为南路；左宗棠和刘典率军自乾州经邠州、长武赴泾州，是为中路。其中，北路军是重点进攻方向。

当时，回军在甘肃已经形成了四个暴乱中心：马化龙盘踞金积堡；马占鳌盘踞河州；马文禄盘踞肃州（今酒泉）；马文义、马桂源和马本源盘踞西宁。其中以马化龙的势力为最大。

陕西回乱时，马化龙在宁夏吴忠开始暴乱，杀死宁夏道台侯云登、知县赵长庚，知府吕际韶自杀，攻陷灵州城，屠杀了二万余人。当时的宁夏将军庆昀昏聩无能，一直主张招抚，对官员被杀视若无睹，他自己也被回军围困于满城，后病死。随着多隆阿率军平定陕西回乱，多隆阿部将穆图善接任宁夏将军，马化龙又向清军投降，但实际上仍然掌控着宁夏。当时，宁夏回民无不以“汉团逼反”为借口投降，降而复叛。

马化龙驻守的金积堡位于黄河东岸的秦、汉二渠间，永宁洞、峡口为其东西要冲。白彦虎部在董志塬地区被清军打败后，北上依附了马化龙，但马化龙对白彦虎怀有戒心，于是白彦虎、杨文治等率十八路陕回从金积堡撤至预望城、黑城子等地。马化龙也派马万春率一部前往预望城，阻击清中路军。中路军雷正绾部经过一番苦战，攻克了预望城、黑城子、李旺堡等村堡，回军杨文治阵亡，白彦虎、禹得彦、崔伟、马成彦等经会宁、安定退往河州；陈林、马正和、余彦禄等部退回金积堡，马万春部向清军投降。至此，金积堡南面门户大开，北路刘松山部又夺取了灵州城，于是完成了对金积堡的合围。

从12月起，刘松山、金运昌与雷正绾分别从北、南两个方向进攻金积堡。相继攻占了吴忠堡周围及金积堡北面的堡寨。此时，回首穆生华率领平凉回军退至金积堡地区，回军兵力有所增加。回军依托秦汉二渠，负隅顽抗，挖壕筑墙，凭墙防守，其骑兵也经常出击，骚扰清军。12月11日，总兵简敬临率楚军突入回军阵地，结果陷入包围，简敬临阵亡，其部伤亡殆尽。

1870年2月9日晚，回军千余人突袭秦渠南，占领了石家庄、马五寨等村堡。刘松山得知，连夜率部来攻，结果于2月14日中弹身亡。而与此同时，2月12日，回军从河西履冰过河，一举夺回青铜峡口，雷正绾、周兰亭、张福齐等率部急攻，鏖战七日，周兰亭、张福齐败退，雷正绾被围。左宗棠令黄鼎驰援，又被包围。黄鼎、雷正绾突围出峡口时，已经溃不成军。回军又乘胜攻占了河西广武营堡。

清军先失峡口，继丧统领，士气大挫。而回军乘机又偷袭陕西韩城、郃阳、渭源等地，左宗棠为此受到清廷斥责！偷袭陕西的回军被陕西清军和民团打败。

刘松山殉职后，其侄刘锦棠继任，统领湘军劲旅。刘锦棠一面加强永宁洞的防守，一面派兵在黄河两岸夹河筑垒，保护河西运道，稳住了清军的阵脚。同时，乘回军出击陕西之际，重新攻占了灵州至吴忠堡一带的堡寨。而左宗棠也令黄鼎、雷正绾的中路军重新夺回青铜峡口。随后，清军乃以深沟高垒锁围金积堡，金运昌部驻守北面，刘锦棠部驻守东、南，雷正绾部驻守西南，黄鼎部驻守西面，徐文秀部驻守西北面。

回军在弹尽粮绝的情况下，开始投降。先是陈林于1870年12月31日率众向黄鼎、雷正绾“求抚”。6天后，马化龙亲赴刘锦棠营中请降，请以一家八门三百余口性命，赎金积一带回民死罪。马化龙及其子马耀邦向清军交出各种火炮五十六门、各种枪千余杆。1871年3月2日，清军攻入王家疃庄，金积堡战役结束。

刘锦棠为报刘松山之仇，上书朝廷将马化龙凌迟处死于吴忠市四旗梁子，才割到第5刀时就挂了，并把马化龙家族全部处死。金积堡之战遂以回族叛军的悲惨失败而告结束。