沙皇俄国对资源丰富、具有重要战略意义的中亚地区垂涎已久。1717年，彼得大帝耗资25万卢布，派遣别科维奇-切尔卡斯基公爵（亲王）为首的6655人的远征队从阿斯特拉罕出发去征服希瓦汗国，结果别科维奇阵亡，俄军几乎全军覆没。此后，彼得大帝指出哈萨克草原才是通向中亚各国的“关键的大门”。19世纪上半期，沙皇俄国开始对哈萨克斯坦进行全面征服，一方面出动大批军队镇压哈萨克各部的反抗，一方面又诱使小帐、中帐和大帐哈萨克上层首领向自己臣服。
1822年沙俄政府授权西伯利亚总督斯佩兰斯基颁布了《西西伯利亚吉尔吉斯人条例》，宣布废除哈萨克原有的政治统治制度(可汗制)，把哈萨克地区划分为若干行政区，一切按照俄罗斯的政治制度、由沙俄政府派遣的官员统治。至此，延续366年的哈萨克汗国宣告灭亡。随着对哈萨克的征服，沙俄对中亚诸汗国和中国回疆地区发动了强大的攻势。1834年，在曼格什拉克半岛建立新亚历山德罗夫斯克要塞。1839年奥伦堡总督彼得罗夫斯基再次派6000多人远征希瓦汗国，仍未得逞，此后俄国的主攻方向转到浩罕汗国北部一带。1847年，在锡尔河口修建赖姆堡（后改名阿拉尔斯克）。
1853年，彼得罗夫斯基亲自率领2000多俄军，经过22天的围攻占领浩罕要塞阿克-麦吉特（改名彼得罗夫斯克，当时浩罕守要塞的主将就是阿古柏），形成锡尔河碉堡线。与此同时，沙俄军队从塞米巴拉金斯克向南推进，1847年，沿爱古斯河南侵，偷偷在巴尔喀什湖东南中国境内勒布什河和库克乌苏河之间建立科帕尔堡。
1851年起沙俄乘清朝内外交困，阿勒坦山(阿尔泰山)地区秩序混乱之机，侵入鄂布河(鄂毕河)上游察那斯河(恰雷什河)、哈屯河(卡通河)、比亚河一带，并逐步向阿尔泰腹地、额尔齐斯河上游推进，想把中国的内湖斋桑泊据为己有，由于清政府采取了有力的防范措施，才使沙俄侵吞斋桑湖的计划没有实现。但在1852年沙俄在中国图古勒池（今阿拉湖）以北的雅尔地区建立了乌尔扎尔移民村，1854年占领了天山北麓吹河(楚河)与伊犁河之间的古尔班阿里玛图（长期作为哈萨克斯坦首都的阿拉木图）。同年十月，将科帕尔和古尔班阿里玛图划入新建的隶属于西西伯利亚的塞米巴拉金斯克省，擅自将中国巴尔喀什湖（当时为中国第一大湖）以东以南的地区划入俄国的版图，并继续向东将其势力扩张到特穆尔图淖尔(今伊塞克湖当时为中国第二大湖)一带。不久又把古尔班阿里玛图改名为维尔内堡，1856年把维尔内堡作为新成立的阿拉塔夫州首府，形成另一条包抄哈萨克草原、进攻中亚诸汗国的碉堡线，即大部分位于中国境内的西伯利亚线。沙皇尼古拉一世公开宣称"我们的旗帜插到哪里,哪里就只有臣服!"克里米亚战争后，双头鹰俄国为了挽回在欧洲一头的惨败，加紧侵略东方。
1858～1859年，沙皇政府派遣3个使团分赴中国喀什噶尔、呼罗珊、希瓦和布哈拉（领导希瓦和布哈拉使团的是狂热的侵略分子、少壮派军人伊格纳切夫后被派往中国北京）收集情报，标志它在中亚的扩张政策进入新的阶段。
沙俄在完成对中国巴尔喀什湖以东、以南的事实上的攫取后，在1859年派年仅27岁的少壮派军人伊格纳切夫出使中国。抵达北京后，根据沙俄外交部训令，勾结英、法侵略者。以"和平使者"的面孔出现，表示俄国愿在中国和英法联军之间调停"战事"，假惺惺地说什么“俄国不仅不愿意利用你们现在这种走投无路的处境，而且还决心向你们证实它对贵国所抱的善意。”最后勾结英法强迫清政府签订了《中英北京条约》和《中法北京条约》、使英法的侵略要求得以满足。随后，伊格纳切夫借口调停有功，应有报酬，向清政府提出续约草案15条，并声称其条款“一字不能更易”、只能签字画押，同时威胁到：如果清政府不接受俄国之条款，他就要把英法联军召回北京。清政府只好在1860年11月签订《中俄北京条约》，除了将乌苏里江以东40万平方公里的土地划归俄国,还增开喀什噶尔为商埠，并在喀什噶尔、库伦设领事馆。又利用《中俄北京条约》所作的如下的规定，想进行占领合法化:“西疆尚在未定之交界，此后应顺山岭、大河之流，及现在中国常驻卡伦等处，及1728年，即雍正六年，所立沙宾达巴哈之界碑末处起，往西直至斋桑淖尔湖(斋桑泊)，自此往西南，顺天山之特穆尔图淖尔，南至浩罕边界为界。”在进行谈判的过程中，1860年8月沙俄军队占领了托克玛克（附近就是著名的碎叶），9月占领了比什凯克（今吉尔吉斯斯坦首都苏联时期的伏龙芝）。
1862年1月沙皇亚历山大二世亲自主持“特别会议”，通过了外交部拟订的利用外交讹诈，割占中国西部领土的方案。沙皇任命巴布科夫(鄂木斯克集团军上校)为俄方谈判代表，俄国外交大臣亚历山大-戈尔什科夫公爵在给谈判代表的训令中指出:首先必须向清政府代表声明，谈判只能在"准确地"依据《中俄北京条约》划界的条件下才能举行，然后再坚持"以中国常驻卡伦为界"，力争全部占有斋桑泊和特克斯河上游地区，至少也应保留两国共有斋桑泊，并给俄国人在湖上捕鱼和航行的权利。为了实现这一目的，沙俄在边界上作了大规模的军事部署和调动，把军队开进中国领土，挑起边界冲突，造成有利于沙俄谈判的军事态势。1862年8月3日，巴布科夫到达塔城，与清政府代表、乌里雅苏台将军明谊、塔尔巴哈台参赞大臣明绪、领队大臣傅勒果素等进行划界谈判。谈判开始，巴布科夫提出应以中国常驻卡伦为界，并拿出一张早已划好的分界地图，上面以红线把中国常驻卡伦以外的领土，全部划归沙俄版图，强行要求中国代表接受。明谊据理力争说:“条约内载自沙宾达巴哈界牌末处起，至浩罕边界为界，袤延万里，其中只有三处地名，再未详细指定逐段立界之处”，根本没有什么统以中国常住卡伦为界的规定。“双方应该细查条约、遵照旧图，秉公商办。”又说，“常住卡伦之外有乌里雅苏台、科布多的乌梁海，有塔尔巴哈台所属爱古斯、勒布什的哈萨克，有伊犁所属特穆尔图淖尔、哈拉塔拉的哈萨克、布鲁特（柯尔克孜），他们都是清政府的臣民，他们的牧地是中国的领土，不能分给俄国。”巴布科夫蛮不讲理，胡说“图内所载界址，均系该国所属乌梁海、哈萨克、布鲁特游牧之地。”此后，俄国增派驻伊犁领事扎哈罗夫为全权代表，此人通晓满语和汉语，“人甚狡黠”，他说如不照条约内以常住卡伦为界，即是你们废了条约。”明谊驳斥说:“常驻卡伦根本不是中国的国境线，比如伊犁以西的勒布什地方，乾隆年间，立有石碣，现在尚存。我国伊犁、塔尔巴哈台每年派官兵前往该处，查收哈萨克呈交之租马，均在此界会哨。”扎哈罗夫理屈辞穷，大声骂道:“此界系你们伊犁将军私行偷立，何以算得交界。”在以后的谈判中，谊仍凛然不屈，答以“若照我国常驻卡伦为界，则不特卡外住牧之食俸阿勒坦淖尔乌梁海各旗，即哈萨克、布鲁特各部落，均被你们包去。”虽然明谊作了让步的提议，但俄方代表坚持以“常设卡伦”为界。沙俄政府由于狡辩要挟都无济于事，遂单方面中断了会议。接着故伎重演，在回(新)疆边境全线出动军队，对清政府武力威胁。
从1863年4月初到1864年，俄军占据了从斋桑泊到伊塞克湖中国边疆十多处卡伦，每处有侵略军四五百人至一百几十名不等。他们在中国领土上胡作非为，对中国边疆少数民族进行离间、分化、收买活动。由于斋桑泊是沙俄割占计划的重点，巴布科夫还组织了一个由哥萨克骑兵和炮兵掩护的"斋桑泊考察团"，在1863年夏天侵入斋桑泊沿岸地区。1862年冬和次年春、夏，清政府曾在北京同沙俄驻华公使巴留捷克和代办格林卡反复进行谈判，每当俄使理屈词穷、无言以对时，就借口“未深悉该事情形”以推卸责任。
1863年6月至8月，清政府对沙俄一系列入侵和挑衅提出抗议，要求沙俄撤兵，并重开塔城谈判。1863年10月，中俄在塔城第二次谈判，由于沙俄恃强凌弱，谈判也以无结果而告终，沙俄代表于10月25日起程回国。当时回疆库车的回族、维吾尔族人民正在起义反清，沙俄看到这是强占中国西北大片领土的有利时机，乘机派俄军600余人，携枪带炮到塔城附近的巴克图卡外驻扎，又派俄军1000余人占领伊犁西北的博罗湖吉尔卡伦。清政府内外交困，因而要明谊等按照沙俄议单，赶紧将分界事宜结束。
1864年9月，扎哈罗夫等到达塔城，明谊根据《中俄北京条约》、自沙宾达巴哈界牌末处往西至斋桑泊的规定，向其力争将阿尔泰诺尔乌梁海地区一半给中国，但扎哈罗夫声称只有按照俄方“画定分界限道绘图作记，换约定案”，否则“立即回国，派兵看守分准地界”。在沙俄代表以武力威胁的情况下，明谊只得遵照清政府的指示，按照俄国的要求，于同治三年九月初七日(1864年10月7日)同扎哈罗夫签订了《中俄勘分西北界约记》，通过这个条约侵占中国的领土，比《中俄北京条约》更为苛刻，它把《中俄北京条约》规定为界湖的伊塞克湖和斋桑泊划为沙俄的内湖，又霸占了中国塞留格木岭、奎屯山以西和围绕斋桑泊以南的广大地区，乌克克、沁达垓图、乌尔鲁、昌吉斯台、塔布博勒齐尔、纳林、阿吉尔噶、和尼迈拉虎等8卡伦，都不得不挪移改设，以尼迈拉虎而言，向中国一侧挪移了近200公里，天山山脉原来完全属于中国，现在汗腾格里峰以西有一半的天山山脉不属于中国。该条约又称《中俄塔城条约》通过该不平等条约，俄国总共割占了中国44万余平方公里的土地，并在这片土地的主要部分成立了以科尔帕科夫斯基为省长的七河省。伊格纳切夫因为没有流血使俄国取得了巨大利益，受到了夺取中国黑龙江流域的“英雄”阿穆尔斯基伯爵穆拉维约夫的高度赞扬极力向沙皇主子推荐，伊格纳切夫升任外交部亚洲司司长，后担任财政大臣，内务部大臣。巴布科夫因为侵略中国新疆有功，升任西伯利亚集团军副总参谋长，总参谋部少将。
1859～1863年间，沙俄侵略军在锡尔河流域和楚河流域一带进行频繁的军事“侦察”，攻占和破坏浩罕边境的堡垒。沙皇亚历山大二世公然宣称"一旦我们的旗帜插到哪里，就绝不让其再降下来!"1863年年底，亚历山大二世发布联接东西碉堡线以便深入中亚的动员令。
1864年夏。切尔尼亚耶夫上校率领2500人从维尔内堡出发。于6月16日攻占奥列-阿塔要塞。另一方面。维列夫金上校率领1200人从彼得罗夫斯克出发。于6月25日攻占伊斯兰教在中亚地圣城土耳其斯坦。为了实现联接碉堡线地计划。7月底。沙皇政府决定建立“新浩罕线”。该线由楚河到锡尔河地阳尼-库尔干地全部堡垒组成。新晋升少将地切尔尼亚耶夫任司令。切尔尼亚耶夫立即进攻浩罕地军事重镇奇姆肯特。被浩罕汗国地摄政大毛拉阿利姆库里击退。但他在这年10月初乘阿利姆库里撤离之机攻陷该城。从而实现了锡尔河碉堡线和西伯利亚碉堡线地联接。并且继续向南推进。企图一举夺下有10万人口地中亚最大城市塔什干。未能得逞。为了“安抚”英国等西方国家。俄国外交大臣亚历山大-戈尔什科夫公爵于1864年11月21日发出公告。竭力为俄国在中亚地侵略活动辩护。诡称奇姆肯特是俄军向南推进地“地理极限。”不到半年。俄军再次发动进攻。当时地奥伦堡总督克列扎诺夫斯基想亲自到前线指挥。但切尔尼亚耶夫为了争功抢先率领2000俄军和12门大炮对塔什干发动猛攻。
1865年4月22日先夺取了控制塔什干地咽喉要地尼阿兹别克堡。切断了塔什干居民地粮道。紧接着俄军把塔什干供水地两条渠道引开。切断了塔什干居民地水源。1865年5月。浩罕地杰出统帅不幸阵亡。6月28日。经过激烈地巷战后。塔什干沦陷。由于战术失误。武器落后30000守军竟然挡不住2000人地进攻。这次战役使沙俄在中亚地影响力大增。奥伦堡总督克列扎诺夫斯基明确指示要把中亚三大汗国中最强地浩罕当做俄国藩臣对待。并说“如果它感到委屈。那就更好办了。这给了我们彻底解决它地借口。”就在这一时期。沙俄暗中收买了浩罕地高层贵族。全力支持阿利姆库里地主要政敌浩罕阿古柏伯克入侵中国回疆。结果在中国回疆建立了所谓地“哲德沙尔汗国”。此后俄国侵略军地矛头转向布哈拉汗国。沙俄先提出布哈拉汗国在10天内交出不可能筹集到地巨额贡款。布哈拉汗国无力交出。俄军就按原定计划发起进攻。在1866年5月20日伊尔加尔地战役中打败埃米尔穆扎法尔丁地军队。然后占领霍占特、乌拉-丘别、吉扎克等城。控制了布哈拉与浩罕地联系通道。
1867年7月11日成立了以塔什干为中心地土耳其斯坦总督区。由俄国陆军大臣办公厅主任。曾经担任俄占波兰地总督。号称“半沙皇”地康斯坦丁-彼得洛维奇-考夫曼任总督。从而开始了对中亚诸国征服地决定性阶段。沙俄不断挑拨各汗国之间地关系。浩罕汗国与布哈拉汗国地对抗加剧了。布哈拉埃米尔穆扎法尔丁曾两次大举进攻浩罕。从而大大削弱了浩罕汗国抵抗俄国侵略地力量。然后考夫曼对精疲力竭地浩罕汗国施加强大压力。迫使浩罕胡德亚尔汗于1868年2月签署不平等地“通商条约”。浩罕实际上变成俄国地附庸。接着全力对付布哈拉汗国。于1868年5月派3500人占领了撒马尔罕和卡塔－库尔干。
1868年6月14日。在卡塔－库尔干与布哈拉之间地吉拉布拉克高地地决战中。武器装备占有极大优势地沙俄军队再次击败人数比自己多十倍地布哈拉埃米尔地军队。其中穆扎法尔丁精锐地6000御林军死伤大半。穆扎法尔丁投降。根据7月5日地和约。布哈拉承认霍占特、乌拉-丘别和吉扎克并入俄国。割让撒马尔罕和卡塔－库尔干,赔款50万卢布。布哈拉沦为俄国附庸。然后是希瓦汗国。1869年。沙皇政府在里海东南岸地红水湾建立克拉斯诺沃斯克城。作为从里海东南岸进攻希瓦和土库曼地基地。而且并不放松对中国回疆地继续入侵。由于不满足对阿古柏政权地幕后指挥。防止英国在中亚势力地不断加强。沙皇政府捍然决定派兵入侵中国回疆地伊犁地区。借口就是把不堪受沙俄压迫奴役迁徙到中国境内地哈萨克人地一支称为“逃犯”追剿。
1871年5月考夫曼下令七河省省长科尔帕科夫斯基少将派2000俄军和13门大炮去夺取中国地伊犁。科尔帕科夫斯基公开叫嚣要占领塔城、伊犁和喀什噶尔。并在此移民。回疆各族人民在武器落后。补养不足地情况下拼死抵抗。给侵略者以深重打击。沙俄侵略军猛攻50天才在7月4日攻占了伊犁。1872年亚历山大二世向考夫曼下了一道臭名昭著地命令“康斯坦丁-彼得洛维奇。去把希瓦拿来吧”。沙皇政府作出了彻底征服希瓦汗国地决定。
1873年2月沙俄侵略军在考夫曼统率下从土耳其斯坦、克拉斯诺沃斯克、曼格什拉克、奥伦堡分四路对希瓦发动强大攻势。6月占领希瓦城。7～8月间。考夫曼下令对附近地和平居民土库曼约穆德人进行了灭绝人性地屠杀。8月24日签订俄希和约。希瓦汗国割让阿姆河右岸地全部土地,赔款220万卢布。穆罕默德-拉希姆-巴哈杜尔汗成为“全俄皇帝地卑顺奴仆”。1875～1876年。浩罕爆发了民族大起义。浩罕、纳曼干、安集延和马尔戈兰等地人民对沙俄侵略者发动了“圣战”。沙俄军队在斯科别列夫少将率领下对这次起义进行了血腥镇压。俄军血袭了整个费尔干纳盆地。仅在安集延一地。斯科别列夫指挥俄军用大炮猛轰。安集延城基本被轰平。2万多起义者被埋葬在废墟下。
1876年2月7日俄军占领了浩罕城，3月2日沙皇俄国正式宣布吞并浩罕汗国，改为由斯科别列夫为省长的费尔干纳省，从而完成了对中亚三大汗国的征服。其中布哈拉和希瓦两个汗国名义上还被保留（到十月革命后的1920年才正式取消称号），实际上完全成了任沙俄摆布的奴仆。就在这一年斯科别列夫还组织了阿赖远征军，越过了阿赖岭，占领了吉尔吉斯（柯尔克孜）额德克纳的领地阿赖谷，为进一步侵占中国领土帕米尔高原打开了通道。从1877年起，俄国对土库曼地区发动了全面进攻，同时俄国对与中亚国家有着千丝万缕联系的土耳其奥斯曼帝国发动了大规模战争。在土库曼1879年9月，俄军在攻打阿哈尔-捷金绿洲的重镇格奥克-帖佩时，遭到英勇的土库曼人的沉重打击狼狈窜回。
1880年2月，亚历山大二世召开御前会议，决定必须征服土库曼全境，在召见斯科别列夫时，指出：“不得后退一步，因为这对于欧洲和亚洲都会成为我们软弱的表示，而且可能使俄国所受损失比全部远征都大得无法估量。”沙俄抢修了从里海东岸到阿哈尔-捷金绿洲的军用铁路，并征用了大量的骆驼，使俄军能得到大批装备和给养。
1880年底，镇压浩罕起义的刽子手斯科别列夫率领11000人的大军带着97门大炮再度大举入侵土库曼，土库曼人在武器落后，工事简陋的情况下殊死抵抗，在俄军重炮连续轰击下，坚持了3个星期。俄军死伤1200多人才在1881年1月12日攻占了格奥克-帖佩。俄军不分男女老幼，又疯狂残杀了没有来得及撤离的8000名土库曼帖克人。接着俄军继续进攻占领了阿什哈巴德（今土库曼斯坦首都）。1884年初，俄军攻占了通往伊朗和阿富汗的枢纽，土库曼人的最后一座重要城镇梅尔夫城。俄军从梅尔夫城沿着穆尔加布河继续向南推进到阿富汗边境的库什卡河谷。由于库什卡离被称为里海、阿姆河、印度河之间的战略要地英国控制的赫拉特仅70英里，英俄矛盾极度紧张，战争一触即发。两国经过激烈谈判最后妥协，俄国得以完全占领了土库曼斯坦，库什卡成为俄罗斯帝国和后来的苏维埃社会主义共和国联盟领土的最南端。在最后完成对中亚诸国的征服时俄国加紧了对中国回疆的侵略，1881年签订《中俄伊犁条约》，虽然收回了伊犁，但割去伊犁西部霍尔果斯以西的大片中国领土。以后又陆续迫使清政府签订了《伊犁界约》(1882年)、《喀什噶尔界约》(1882年)、《科塔界约》(1883年)、《塔尔巴哈台西南界约》(1883年)、《续勘喀什噶尔界约》(1884年)等5个勘界议定书，又强行割占了中国斋桑泊东南、霍尔果斯河以西、特穆尔图淖尔东南、阿克赛河源、阿赖山区等共7万多平方公里的土地。在1892年强占帕米尔萨雷阔勒岭以西2万多平方公里的中国领土，从而实现了对中亚390万平方公里的征服。
沙皇俄国在征服中亚后，主要是采取军政合一的管理办法来进行殖民统制，由俄**人如切尔尼亚耶夫、斯科别列夫之流来担任中亚各地方的主要行政长官，对于一些较小的官职，像乡长、村长等职则由当地的贵族、富人来担任。为巩固其在中亚的统治，同时也为缓解农奴制改革后国内土地的“紧张”，俄国政府还向中亚地区开展了移民活动。俄国殖民当局将游牧民族的土地掠夺过来交给移民进行耕种。大量的牧场被改为耕地，当地的畜牧业遭到了严重的破坏。由于美国南北战争（美国南部是当时世界上重要的棉花产地）使棉花价格大涨，俄国在当地大力推广种植棉花，企图将中亚变成其棉花基地，以满足棉纺织业对棉花的需求。为了加强中亚与俄国在政治、经济上的联系，同时出于战略上的需要，俄国还在中亚修建了铁路。还兴建了一些中小型工矿企业，以掠夺中亚的资源。为满足殖民统治的需要，俄国还在中亚各地征收赋税，加重对当地人民的剥削。在推行“边区俄罗斯化”的过程中，俄国在中亚强制推广俄语，企图同化当地的少数民族。对于伊斯兰教，俄国主要采取了保持现状的政策，对宗教活动不做太多的干涉。俄国对中亚的征服虽然结束了该地区长期混乱的局面，但中亚人民所受的压迫并没有因俄国人的到来而有所减轻，反而处于俄国殖民政府与当地官吏的双重压迫之中。使这一地区变得更加贫穷和落后。为反抗俄国人的剥削和压迫，中亚人民不断举行起义，沉重打击了沙皇俄国的殖民统治。到了前苏联时期，在苏联最高意识形态负责人日丹诺夫的授意下，掀起了篡改历史的**，苏联历史学家一致声称（有很多说真话的历史学家受到严厉处分，其余的通过思想转变完全赞同莫斯科的“正确认识”）那就是哈萨克斯坦同俄国的联合，是自从16世纪末期以来哈萨克人民的最著名、最有远见的统治者所一直追求的目标，是防止了‘东方野蛮国家’奴役哈萨克人，并使他们和一个比一切亚洲邻国都‘无可比拟地更为先进的文明’的国家有了密切的联系。就是制止了中国、英国和浩罕瓜分哈萨克斯坦，并为进入更进步的经济形式打开了道路。并且在叙述乌兹别克、塔吉克、吉尔吉斯和土库曼的历史也必须遵照这个大方向，必须要进一步明确阐述南高加索，中亚细亚和远东的一些区域并入俄国的进步意义。必须坚决否认东哈萨克，阿赖山区和帕米尔历史上是中国领土。一直到苏联解体，中亚各国史学家重新出版的著作才有了根本性的变化，历史终于回到了其本来的面目