塔什干城外一场野战，拥有强大骑兵的西北军居然没有取得决定性胜利，这让马鸿逵和宋老年不得不佩服这支苏俄军队的战斗力，也完全收起了轻视之心，老老实实按照刘先俊布置的战略进行。大军抵达费尔干纳之后，又占领了安集延、那曼干等乌兹别克重镇，这些地方已经被俄国人放弃，所有的兵力都集中到塔什干去了。西北军在此集中休整并补充了不少兵力。

不久，迪化再次下达命令，北路军蒋光鼐、马步芳率一个骑兵团、一个吉尔吉斯旅、一个新编哈萨克旅将近一万人已进驻哈萨克重镇西姆肯特，那里离塔什干只有100里，命令宋老年部再次出击，并任命宋老年为总指挥，蒋光鼐、马鸿逵为副总指挥，南北合击，限7月底前必须攻下塔什干。

宋老年不敢怠慢，立即率领刚补充的部队挺进塔什干。在上次那场追击战中，马鸿逵的骑兵旅又损失500多人，加上上次的伤亡，实际已经损失达三分之一，塔吉克旅也损失近千人，唯一的收获是这次在费尔干纳重新整编了一个4000人的乌兹别克旅，布哈拉大汗还把自己的禁卫军拿了出来，组成一个布哈拉团。这样，这次宋老年的部队又扩充到一万人左右。

7月2日，两支西北军胜利会合并包围了塔什干，这次西北军采取稳扎稳打的办法，8日，西北军夺取了控制塔什干的咽喉要地阿兹匹克堡，切断了塔什干的粮道，紧接着又仿照当年俄国攻占塔什干的做法，把塔尔干供水的两条渠道引开，断绝了城内的水源。但这些办法短时间并没有奏效，别洛夫早有准备，城内早已准备了一定的粮食和饮用水。

见断水断粮没有效果，宋老年便决定对塔什干进行强攻。先用大炮消耗敌人的力量。蒋光鼐这次奉命增援攻打塔什干，特意调集了各地大炮100多门。加上宋老年本来准备的共有200门大炮。宋老年命令将200们大炮分为三组，日夜不停的对塔什干进行炮击。这次炮击时间之长令人叹为观止，时断时续打了一天一夜，直到他们带来的所有炮弹基本打光。按宋老年得说法，“打吧，反正这是最后一战，打完咱就回家了！”马鸿逵则说，“多打一发炮弹，少死一名战士！”

总攻的时候终于到来，持续一天一夜的炮火已经把塔什干完全炸变了样，这是一次历史上少见的高强度炮轰，小小的塔什干承受了密集的炮弹，大段大段的城墙都消失不见，城头上看不见一个守军。总攻开始前，宋老年按照刘先俊的指示，对参加总攻的各族战士做了一次动员，“各族的兄弟们，就在100年前，你我都是自由的民族，然而，一个叫俄罗斯的家伙便侵入我们中亚，他夺走我们的牛羊，夺走我们的牧场，改变我们的信仰，一个个民族被他奴役，哈萨克人、布哈拉人、浩罕人、希瓦人。。。。。俄罗斯就是个凶暴的民族，不管是农奴制的俄罗斯，还是资本主义的俄罗斯，还是现在所谓的苏维埃俄罗斯，都改变不了他的本质，就是恶狠狠地本质，不消灭俄国人，我们整个中亚就永远没有真正的安全！兄弟们，前面就是塔什干城，两万俄国兵就在里面负隅顽抗。消灭它，中亚就赢得了真正的解放！我宣布，城破之日，全体放假一天！进攻开始！”

别洛夫觉得对方这次进攻真的不平常，仅这超乎寻常的炮击，就已经摧毁了大部分人的信心。他不知道炮击什么时候结束，敌人什么时候开始进攻，一批一批的士兵被派到前线，又在炮火中消失，部队中已经出现拒绝调动的倾向，有的连长哭着要求放弃阵地，和敌人打场巷战，但别洛夫知道这次不同，敌人有备而来，不会傻乎乎用骑兵开路，过早进入巷战，结果必然是失败，必须在守城战中消耗敌人有生力量，才有可能在巷战中将敌人拖垮。死守！必须死守！

终于炮击停止，先是东门，然后南门西门都传来了激烈的枪声，敌人终于开始大规模进攻了。别洛夫反而心安了不少，在城里他还是做了不少精心安排的。

但今天似乎胜利的天平倾向了对方，不到一个小时，失利的消息不断传来：“东城门失守！”

“南大街失守！”

“西区大教堂失守！”

别洛夫脸色越来越沉重，在沙盘上他把所有重要战略重地都插上了红旗，现在他不得不拔掉一根根红旗，外面已经一片光秃秃的了。

“我想知道为什么会这样，难道是我们的士兵不够勇敢？我要亲自去前线！”

“不，您不能去，司令同志！我们的士兵很勇敢，但是敌人很疯狂，冲在最前面的很多都是吉尔吉斯人、乌兹别克人等，他们许多人都深受沙俄的迫害，这次把账都记到我们头上了，很多人都是悍不畏死！城里很多乌兹别克人、土库曼人当了叛徒，他们指引敌人包抄我们。还有就是中国人把一些小型的炮搬上来了，我们许多勇敢的士兵被瞄准了基本上就是等死！”

旁边苏维埃主席波波夫走上前来，“别洛夫同志，我们撤退吧，你看北门还控制在我们手里，趁着我们还有些人，抓紧时间从北门撤退吧！”

“不行，这时对方故意设置的陷阱！他们的骑兵部队还没有投入战斗，一定埋伏在北门，等我们到城外哪跑得过战马，到时候一定全军覆没！”

“可是别洛夫同志，你看看战场，同志们已经挡不住了，这样下去，还不是最后被敌人包围，跑都跑不掉！”

“我知道！我亲自率领警卫团对敌人展开反击，我们更加熟悉城里环境，一定要打乱敌人的计划！卫兵，集合！”

别洛夫的警卫团并没有能够冲出多远就被西北军发现，很快一支部队把他们包围，在战斗中，别洛夫被炮弹炸死。

得知别洛夫的死讯，苏维埃主席波波夫立即带领其他敬畏企图从北门出逃，但他们很快被骑兵追上，波波夫被带回城处死。

城里的残余俄军在激烈抵抗一天一夜后，全军覆没，塔什干收复。在宋老年的默许下，中亚各民族联军对城内进行了洗劫，所有俄罗斯人被杀，仅剩些小孩妇女被特意救走，从此，中亚各族和俄国人结下大仇。

不久，驻希瓦的白俄军向西北军投降。

1918年7月，中亚四国哈萨克、浩罕、哈布拉、希瓦先后独立并签订协议，以1840年边境为准，各自收回失地，同时结成同盟，共同防御俄国。中国则收回1854年以来所有西北被割让土地50多万平方公里，中国西部边境直抵巴尔喀什湖。