二年四月，俄官布色依由海兰泡遣人到齐齐哈尔省城借用驿马，并求通商，请假道前往吉林自松花江回国。黑龙江将军特普钦以非条约所载，不许。是月，俄人复遣兵队数百人至塔尔巴哈台巴克图卡伦住牧。中国谕令撤回，不听。又遣队往伊犁、科布多，又派兵数千分赴斋桑淖尔等地耕种建屋，遣兵四出潜立石垒，为将来议界地步。明谊等议筹防，并与交涉，不省。五月，俄人以哈萨克兵犯伊犁博罗胡吉尔卡伦，击之始退。六月，复来犯沿边卡伦，复击之。七月，俄使进议单，仍执条约第二款为辞。又以条约所载“西直”字为“西南”字误，必欲照议单所指地名分界，不许更易。乃许照议单换约。於是乌里雅苏台将军明谊上言：“照议单换约，实与乌梁海蒙古及内服之哈萨克、布鲁特并伊犁距近边卡居住之索伦四爱曼人等生计有妨，请筹安插各项人众及所有生计。”廷谕令与俄人议，须使俄人让地安插，及中国人照旧游牧。俄人仍不许。
三年秋八月，俄人复遣兵进逼伊犁卡伦。九月，俄使杂哈劳至塔尔巴哈台与明谊会，仍执议单为词。时新疆回氛甚炽，朝廷重开边衅，遂照议单换约。综计界约分数段：一为乌里雅苏台所属地，即乌城界约所立为八界牌者，自沙宾达巴哈起，往西南顺萨彦山岭至唐努额拉达巴哈西边末处，转往西南至赛留格木山岭之柏郭苏克山为止，岭右归俄，岭左归中国。二为科布多所属地，即科城界约所立牌博二十处者，自柏郭苏克山起，向西南顺赛留格木山岭至奎屯鄂拉，即往西行，沿大阿勒台山，至海留图河中间之山，转往西南，顺此山直至察奇勒莫斯鄂拉，转往东南，沿斋桑淖尔边顺喀喇额尔齐斯河岸，至玛呢图噶图勒幹卡伦。三为塔尔巴哈台所属地，即自玛呢图噶图勒幹卡伦起，先往东南，后向西南，顺塔尔巴哈台山岭至哈巴尔苏，转往西南，顺塔境西南各卡伦以迄於阿勒坦特布什山岭，西北为俄地，东南为中国地。四为伊犁所属地，即顺阿勒坦特布什等山岭以北偏西偏属俄，再顺伊犁以西诸卡伦至特穆尔图淖尔，由喀什噶尔边境迤逦达天山之顶而至葱岭，倚浩罕处为界，期明年勘界立牌。会回乱亟，中、俄道阻，界牌迁延未立。
四年，伊犁将军明绪因回乱，请暂假俄兵助剿，许之。然俄人延不发兵，仅允饟需假俄边转解，及所需粮食枪炮火药允资借。五年春正月，伊犁大城失守，俄允借兵，仍迟延不至。三月，与俄议改陆路通商章程。俄人欲在张家口任意通商，及删去“小本营生”、天津免纳子税二事。中国以张家口近接京畿，非边疆可比，不可无限制。“小本营生”字样若删去，则俄商货色人数无从稽考。惟天津免纳子税，与他国贩土货出口仅纳一正税相合，遂议免天津子税。而张家口任意通商，及删去“小本营生”事，并从缓商。五月，俄人请往黑龙江内地通商，不许。是月，俄人占科布多所属布克图尔满河北境。六年六月，俄使倭良嘎哩以西疆不靖，有妨通商，贻书总署责问。是月，俄人占科布多所属霍呢迈拉扈卡伦及乌里雅苏台所属霍呢音达巴罕之乌克果勒地。诘之，不省。
七年二月，俄人越界如库伦所属乌雅拉噶哈当苏河等处采金，阻之，不听，反以为俄国游牧地，不认雍正五年所定界址及嘉庆二十三年两国所绘地图界址。中国屡与争议，不决。时新疆毗连俄境未立界牌鄂博，乌里雅苏台将军麟兴等请派大员会定界址，许之。然迟久未勘。俄人又私伐树株，标记所侵库伦所属地。又於朝鲜庆兴府隔江遥对之处建筑房屋，朝鲜国王疑惧，咨中国查询。七月，俄人又如呼伦贝尔所属地盗伐木植，阻之，不听。
八年春三月，与俄国续订陆路通商条约。五月，荣全等与俄立界大臣巴布阔福等会立界牌鄂博，至乌里雅苏台所属赛留格木，俄官藉口原约第六条谓非水源所在，辩议三日，始遵红线条约，於博果苏克坝、塔斯启勒山各建牌博，其由珠噜淖尔至沙宾达巴哈分界处，原图所载，险阻难行。俄官辄欲绕道由珠噜淖尔迤北数十里唐努山之察布雅齐坝上建立鄂博，由此直向西北，绕至沙宾达巴哈。朝旨不许，乃改由珠噜淖尔东南约十数里哈尔噶小山立第三牌博。又顺珠噜淖尔北唐努山南约二百里察布雅齐坝上立第四牌博，照原图所绘红线以外珠噜淖尔圈出为俄国地，哈尔噶小山以东、察布雅齐坝以北，为中国地。又顺珠噜淖尔北唐努山南直向西行，至珠噜淖尔末处转折而北而东，均系红线以外科属阿勒坦淖尔乌梁海地，已分给俄，至库色尔坝上已接唐努乌梁海向西偏北极边地，於此坝上立第五牌博。由此向西，无路可通，乃下坝向东北入唐努乌梁海，复转折而西而北，至唐努鄂拉达巴哈末处，迤西有水西流，名楚拉察河，亦系红线以外分给俄者，於此立第六牌博。其东南为唐努乌梁海边境，其西北为俄地。又由楚拉察河顺萨勒塔斯台噶山至苏尔坝上，立第七牌博。由此坝前进，直至沙宾达巴哈山脉，一线相连，此处旧有两国牌博。与此坝相接，因不再立。荣全仍欲复增牌博，俄官允出具印结，听中国自立，荣全乃遣人立焉。
八月，科布多参赞大臣奎昌又与俄官议立俄属牌博，俄官仍欲以山形水势为凭。奎昌等抗辩，非按原图限道建立不可，遂於科布多东北边末布果素克岭至玛呢图噶图勒幹各立牌博，至塔尔巴哈台所属布伦托海分界。中国因塔城未经克复，道途梗塞，未暇办理。俄使遽欲於塔城所属玛呢图噶图勒幹至哈巴尔苏从北起先建鄂博，并称无中国大臣会办，亦可自行建立。中国以分界关两国地址，决无独勘之理，允俟明年春融，派员会勘。是年，俄人轮船由松花江上驶抵呼兰河口，要求在黑龙江内地通商。黑龙江将军德英以闻，朝旨以非条约所载，不许。
九年正月，俄人来言哈巴尔苏牌博已於去秋自行建立。中国以不符会办原议诘之，并命科布多大臣奎昌按图查勘。二月，俄人复请派员赴齐齐哈尔、吉林与将军议边事，命禁阻之。秋八月，奎昌至塔城所属玛呢图噶图勒幹卡伦，与俄立界大臣穆鲁木策傅会勘俄自立牌博，中国亦於俄国自立牌博内建立牌博。复往塔尔巴哈台山岭等处勘查，直至哈巴尔苏，共立牌博十。至是分界始竣。十月，库伦办事大臣张廷岳等以乌里雅苏台失陷，乌梁海与俄界毗连，请防侵占。
十年夏五月，俄人袭取伊犁，复欲乘胜收乌鲁木齐。帝命将军、参赞大臣等止其进兵，不省。既又出兵二千，欲剿玛纳斯贼，以有妨彼国贸易为词。中国命荣全、奎昌、刘铭传等督兵图复乌鲁木齐，规收伊犁。俄人既得伊犁，即令图尔根所驻索伦人移居萨玛尔屯。又於金顶寺造屋，令汉、回分驻绥定城、清水河等处。复遣人赴喀喇沙尔、晶河，劝土尔扈特降。又说玛纳斯贼投降。事闻，命防阻。十二月，俄人请援各国例通商琼州，许之。是年，俄人带兵入科布多境。谕令退兵，久之始去。
十一年四月，伊犁将军荣全与俄官博呼策勒傅斯奇会于俄国色尔贺鄂普勒，议交还伊犁事。俄官置伊犁不问，仅议新疆各处如何平定，并以助兵为言，要求在科布多、乌里雅苏台、乌鲁木齐、哈密、阿克苏、喀什噶尔等处通商、设领事，及赔补塔城商馆，及匡苏勒官庞龄等被害各节，并请让科布多所属喀喇额尔济斯河及额鲁特游牧额尔米斯河归俄。荣全等拒之。博呼策勒傅斯奇遂置伊犁事不议。已忽如北京总署，请仍与荣全会议。博呼策勒傅斯奇又忽辞归国。至是接收伊犁又迟延矣。
八月，俄人载货入乌鲁木齐所属三塘湖，请赴巴里坤、哈密等处贸易。阻之，不听。既闻回匪有由哈密东山西窜察罕川古之信，乃折回。已复有俄官来文，谓伊犁所属土尔扈特游牧西湖、晶河、大沿子居民均归顺俄国，中国军队不得往西湖各村。中国以当初分界在伊犁迤西，并无西湖之名，西湖系乌鲁木齐所属军队，原由总署与俄使议有大略，何可阻止？拒之。时荣全将带兵由塔赴伊安设台站，俄人以越俄国兵所占地，不许。又阻荣全接济锡伯银两。十月，俄商赴玛纳斯贸易，中途被杀伤五十馀人。十二年夏四月，俄人忽带兵及哈萨克、汉、回等众，入晶河土尔扈特游牧，索哈萨克所失马，并执贝子及固山达保来绰啰木等，又修治伊犁迤东果子沟大路，更换锡伯各官，图东犯，又於塔尔巴哈台所属察罕鄂博山口驻兵，盘诘往来行旅。十三年八月，俄人自库伦贸易入乌里雅苏台建房，诘以非条约所载，不省。旋命陕甘总督左宗棠督办新疆军务。
光绪元年夏五月，俄游历官索思诺等来兰州，言奉国主之命，欲与中国永敦和好，俟中国克复乌鲁木齐、玛纳斯，即便交还。左宗棠以闻。既而左宗棠以新疆与俄境毗连，交涉事繁，请旨定夺。帝命左宗棠主办。
三年，议修陆路通商章程。俄使布策欲於伊犁未交之先，通各路贸易。中国不允，仅允西路通商，而仍以交收伊犁与商办各事并行为言。俄人又以荣全张示激伊犁人民不遵俄令，乌里雅苏台官吏擅责俄人，江海关道扣留俄船，英廉擅杀哈萨克车隆，及徵收俄税，指为违约，谓非先议各事不可。会新疆南路大捷，各城收复，回匪白彦虎等窜入俄，中国援俄约第八款，请其执送。屡与理论，未决。
四年五月，命吏部左侍郎崇厚使俄，议还伊犁及交白彦虎诸事。十二月抵俄。五年二月，与俄外部尚书格尔斯开议。格尔斯提议三端：一通商，一分界，一偿款。而通商、分界又各区分为三。通商之条：一，由嘉峪关达汉口，称为中国西边省分，听其贸易；一，乌鲁木齐、塔尔巴哈台、伊犁、喀什噶尔等处，称为天山南北各路，妥议贸易章程；一，乌里雅苏台、科布多等处，称为蒙古地方，及上所举西边省分，均设立领事。分界之条：展伊犁界，以便控制回部；一，更定塔尔巴哈台界，以便哈萨克冬夏游牧；一，新定天山迤南界，以便俄属浩罕得清界线。崇厚皆允之，惟偿款数目未定。崇厚以闻，命塔尔巴哈台参赞大臣锡纶接收伊犁及分界各事。既议偿款卢布五百万圆，俄亦遣高复满等为交还伊犁专使。
崇厚将赴黑海画押回国，而恭亲王奕等以崇厚所定条款损失甚大，请饬下李鸿章、左宗棠、沈葆桢、金顺、锡纶等，将各条分别酌核密陈。於是李鸿章等及一时言事之臣交章弹劾，而洗马张之洞抗争尤力。略谓：“新约十八条，其最谬妄者，如陆路通商由嘉峪关、西安、汉中直达汉口，秦陇要害、荆楚上游，尽为所窥。不可许者一。东三省国家根本，伯都讷吉林精华，若许其乘船至此，即与东三省任其游行无异，是於绥芬河之西无故自蹙地二千里；且内河行舟，乃各国历年所求而不得者，一许俄人，效尤踵至。不可许者二。朝廷不争税课，当恤商民。若准、回两部，蒙古各盟，一任俄人贸易，概免纳税，华商日困；且张家口等处内地开设行栈，以后逐渐推广，设启戎心，万里之内，首尾衔接。不可许者三。中国屏藩，全在内外蒙古，沙漠万里，天所以限夷狄。如蒙古全站供其役使，一旦有事，音信易通，必撤藩屏，为彼先导。不可许者四。条约所载，俄人准建卡三十六，延袤广大，无事而商往，则讥不胜讥；有事而兵来，则御不胜御。不可许者五。各国商贾，从无许带军器之例。今无故声明人带一枪，其意何居？不可许者六。俄人商税，种种取巧，若各国希冀均霑，洋关税课必至岁绌数百万。不可许者七。同治三年新疆已经议定之界，又欲内侵，断我入城之路。新疆形势，北路荒凉，南城富庶，争硗瘠，弃膏腴，务虚名，受实祸。不可许者八。伊犁、塔尔巴哈台、科布多、乌里雅苏台、喀什噶尔、乌鲁木齐、古城、哈密、嘉峪关等处准设领事官，是西域全疆尽由出入。且各国通例，惟沿海口岸准设外邦领事。若乌里雅苏台等，乃我边境，今日俄人作俑，设各国援例，又将何以处之？不可许者九。名还伊犁，而三省山岭内卡伦以外盘踞如故，割霍尔果斯河以西、格尔海岛以北，金顶寺又为俄人市廛，约定俄人产业不更交还，地利尽失。不可许者十。”又言：“改议之道：一在治崇厚以违训越权之罪；一在请谕旨将俄人不公平，臣民公议不原之故，布告中外，行文各国，使评曲直；一在据理力争，使知使臣画押，未奉御批示覆，不足为据；一在设新疆、吉林、天津之防，以作战备。”疏入，命与修撰王仁堪等及庶吉士盛昱所奏，并交大学士等议，并治崇厚罪。
六年正月，命大理寺少卿曾纪泽为使俄大臣，续议各款。时廷臣多主废约，曾纪泽以为废约须权轻重，因上疏曰：“伊犁一案，大端有三：曰分界，曰通商，曰偿款。三端之中，偿款固其小焉者也。即通商一端，亦较分界为稍轻。查西洋定约之例有二，一则长守不渝，一可随时修改。长守不渝者，分界是也。分界不能两全，此有所益，则彼有所损，是以定约之际，其慎其难。随时修改者，通商是也。通商之损益，不可逆睹，或开办乃见端倪，或久办乃分利弊，是以定约之时，必商定年限修改，所以保其利而去其弊也。俄约经崇厚议定，中国诚为受损，然必欲一时全数更张，而不别予一途以为转圜之路，似亦难降心以相从也。臣以为分界既属永定，自宜持以定力，百折不回。至於通商各条，惟当即其太甚者，酌加更易，馀者宜从权应允。”
时俄人以中国治崇厚罪，增兵设防，为有意寻衅，欲拒纪泽不与议事。英、法二使各奉本国命，亦以因定约治使臣罪为不然，代请宽免。中国不得已，允减崇厚罪，诏仍监禁。已又与俄使凯阳德先议结边界各案。
六年七月，纪泽抵俄，侍郎郭嵩焘疏请准万国公法，宽免崇厚罪名，纪泽亦请释崇厚，许之。初纪泽至俄，俄吉尔斯、布策诸人咸以非头等全权大臣，欲不与议，遣布策如北京议约。已成行，而朝旨以在俄定议为要，命纪泽向俄再请，始追回布策。纪泽与议主废约。俄人挟崇约成见，屡与忤。纪泽不得已，乃遵总署电，谓可缓索伊犁，全废旧约。寻接俄牒，允还帖克斯川，馀不容议。布策又欲俄商在通州租房存货，及天津运货用小轮船拖带。纪泽以非条约所有，拒之。而改约事仍相持不决。
十一月，俄牒中国，允改各条，其要有七：一，交还伊犁；二，喀什噶尔界务；三，塔尔巴哈台界务；四，嘉峪关通商，允许俄商由西安、汉中行走，直达汉口；五，松花江行船至伯都讷；六，增设领事；七，天山南北路贸易纳税。曾纪泽得牒，以俄既许让，则缓索之说，自可不议。於是按约辩论：於伊犁，得争回南境；喀什噶尔，得照两国现管之地，派员再勘；塔尔巴哈台，得於崇厚、明谊所订两界之间，酌中勘定；嘉峪关通商，得仿照天津办理，西安、汉中两路及汉口字均删去；松花江行船，因爱珲条约误指混同江为松花江，又无画押之汉文可据，致俄人历年藉口，久之始允将专条废去，声明爱珲旧约如何办法，再行商定；增设领事，俄人请设乌鲁木齐一处，总署命再商改，始将乌鲁木齐改为吐鲁番，馀俟商务兴盛时再议增设；天山南北路贸易纳税，将原约“均不纳税”字改为“暂不纳税，俟商务兴盛再订税章”。此外，偿款，崇厚原约偿五百万卢布，俄人以伊犁南境既已让还，欲倍原数，久之始允减定为卢布九百万。纪泽又以此次改约并未用兵，兵费之名绝不能认。於是将历年边疆、腹地与俄人未结之案，有应赔应恤者一百九案，并入其中，作为全结。又於崇厚原订俄章字句有所增减。如条约第三条删去伊犁已入俄籍之民，入华贸易游历许照俄民利益一段；第四条俄民在伊犁置有田地，照旧管业，声明伊犁迁出之民，不得援例，且声明俄民管业既在贸易圈外，应照中国民人一体完纳税饷；并於第七条伊犁西境安置迁民之处，声明系安置因入俄籍而弃田地之民；第六条写明所有前此各案，第十条吐鲁番非通商口岸而设领事，暨第十三条张家口无领事而设行栈，均声明他处不得援以为例；第十五条修约期限，改五年为十年。章程第二条货色包件下添註牲畜字样，其无执照商民，照例惩办，改为从严罚办；第八条车脚运夫，绕越捷径，以避关卡查验，货主不知情，分别罚办之下，声明海口通商及内地不得援以为例。是为收回伊犁条约。又同时与俄订陆路通商章程。七年正月，与俄外部尚书吉尔斯及前驻京使臣布策，在俄都画押钤印，旋批准换约。七月，贺俄君即位，递国书。索逆犯白彦虎等，俄以白彦虎等犯系属公罪，不在条约所载之列，不允交还，允严禁。