Начало наступления России на Среднюю Азию было положено походом оренбургского генерал-губернатора В.А. Перовского. 14 декабря 1839 г. его отряд в числе 5 тыс. солдат и казаков с 12 орудиями и обозом из 12 тыс. верблюдов выступил из Оренбурга по направлению к Аральскому морю, имея целью достичь Хивы. За два с половиной месяца было пройдено 670 верст пути, но потеряв в суровое зимнее время более половины отряда и почти всех верблюдов, Перовский повернул обратно. К весне 1840 г. уцелевшая часть отряда Перовского возвратилась в Оренбург. Хотя "хивинский поход" Перовского и кончился неудачей, но он произвел сильное впечатление на хивинского хана, который освободил свыше 600 русских пленных и начал переговоры о заключении с Россией торгового соглашения.
Наступление на Среднюю Азию возобновилось в начале 50-х годов в связи с завершением присоединения к России южной части Казахстана (земель Старшего жуза), что вызвало военный конфликт с кокандским ханом, который считал казахов этого региона своими подданными.
В феврале 1863 г. на заседаниях Особого комитета под председательством военного министра Д.А. Милютина, в которых участвовали также оренбургский и западно-сибирский генерал-губернаторы, было принято решение о планомерном наступлении на среднеазиатские ханства. Оно началось в мае 1864 г. наступлением с востока из крепости Верный отряда полковника М.Г. Черняева в числе 2500 человек и с севера из крепости Перовской отряда полковника Н.А. Веревкина численностью в 1200 человек. В начале июня Черняев штурмом овладел крепостью Аулие-Ата, а Веревкин г. Туркестаном. В сентябре 1864 г. Черняев штурмом овладел Чимкентом. Овладение этими тремя важными крепостями позволило соединить Ново-Сибирскую и Сыр-Дарьинскую линии и образовать передовую Кокандскую линию. Завоеванная территория от Аральского моря до озера Иссык-Куль была объединена в Туркестанскую область во главе которой в должности военного губернатора был поставлен Черняев.
Осенью 1864 г. Черняев попытался сходу взять Ташкент - крупнейший среднеазиатский город с 100-тысячным населением, однако после нескольких неудачных атак вынужден был отойти к Чимкенту. Военный министр Д.А. Милютин воспринял неудачу Черняева как "прискорбную для России", ибо это подрывало "нравственный авторитет" русских военных сил.. Однако выступление эмира бухарского против Коканда и занятие им Ходжента заставили Черняева, собрав наличные силы, действовать на свой страх и риск. Сначала он захватил крепости Ниязбек и Чинак на р. Чирчик близ Ташкента и тем самым отрезал его от снабжения хлебом и водою. Затем он приступил к длительной осаде города. 17 июня 1865 г. прибывшая к Черняеву депутация почетных жителей Ташкента начала переговоры о сдаче города. В знак сдачи города в Петербург были посланы 12 золотых ключей от главных ворот Ташкента. Ташкент был взят с незначительными для отряда Черняева потерями - всего 25 чел. Александр II одобрил его действия, направил ему поздравительную телеграмму и наградил орденом. В 1866 г. Ташкент официально был присоединен к России.В октябре 1866 г. были взяты бухарские крепости Ура-Тюбе, Джизак и Яны-Курган.
В 1867 г. из завоеванных земель Кокандского ханства и Бухарского эмирата были образованы Сыр-Дарьинская и Семиреченские области, составившие Туркестанское генерал-губернаторство. Первым туркестанским генерал-губернатором был назначен генерал-адъютант К.П. Кауфман.
Однако бухарский хан не смирился со своим поражением и надеялся взять реванш. В марте 1868 г., подстрекаемый реакционными кругами мусульманского духовенства и надеясь на поддержку Хивы, Коканда и Турции, он объявил "священную войну" (газават) против России. Его отряды нападали на русские передовые посты, разрушали кишлаки, убивали мирных жителей. Началось наступление бухарских войск на Джизак и Яны-Курган. В апреле 1868 г. Кауфман двинул свои войска по направлению к священному для мусульман городу Средней Азии Самарканду и 2 мая овладел им без боя, а 2 июня разгромил главные силы бухарского эмира на Зерабулакских высотах (по пути в Бухару). По мирному договору, заключенному 23 июня 1868 г., бухарский эмир уступал России Самаркандский и Катта-Курганский округа (в долине р. Зеравшан) с городами Ходжент, Ура-Тюбе и Джизак, согласился уплатить 500 тыс. руб. контрибуции, признать над собой протекторат России и предоставить свободу въезда в Бухару русским купцам. Из отвоеванных у Бухарского эмирата территорий был образован Зеравшанский округ, в составе которого находились Самаркандский и Катта-Курганский отделы.
Таким образом, к концу 60-х годов кокандский хан и бухарский эмир потеряли значительную часть своих владений, а сильно сокращенные в своих размерах Кокандское ханство и Бухарский эмират попали под российский протекторат.Это дало возможность приступить к завоеванию юго-восточного побережья Каспийского моря. На этой территории проживали туркменские племена, которые не имели своей государственности. 5 ноября 1869 г. отряд русский войск под командованием генерала Н.Г. Столетова высадился в Красноводском заливе и занял окружавшие залив территории, вошедшие в состав образованного в том же году Зеравшанского округа, а основанный на берегу залива г. Красноводск стал центром округа и важным форпостом, откуда затем последовало наступление русских войск на Хиву и на территории юго-восточного Прикаспия.
Наступление русских войск на Хиву началось в феврале 1873 г. Оно велось под общим командованием генерала Кауфмана одновременно с четырех сторон: из Ташкента, Оренбурга, Красноводска и полуострова Мангышлака. 12 августа 1873 г. с хивинским ханом был заключен договор, по которому хан уступал России земли по правому берегу Аму-Дарьи. Из них был образован Аму-Дарьинский отдел. Сохраняя внутреннюю автономию, хан признавал свою вассальную зависимость от России, отказывался от самостоятельных внешних сношений.
Продолжало еще сохранять относительную самостоятельность Кокандское ханство. В середине июля 1875 г. в нем вспыхнуло крупное народное восстание против Худояр-хана и царских властей. Во главе восстания встали представители мусульманского духовенства и некоторые крупные феодалы. Восстание проходило под лозунгом "священной войны" мусульман против "неверных". Восставшие двинулись на Коканд, окружили Ходжент и вторглись в земли, которые по договору 1868 г. с Худояр-ханом были присоединены к России. Кауфман во главе крупных воинских сил двинулся на усмирение повстанцев. Он освободил от осады ими Ходжент, а 22 августа 1875 г. нанес им решительное поражение под Махрамом. Коканд добровольно открыл ворота русским войскам. 22 сентября 1875 г. новым ханом Коканда, сыном Худояр-хана, Насреддином, был заключен договор, по которому все земли Кокандское ханства по правому берегу Сыр-Дарьи переходили к Российской империи. 19 февраля 1876 г. Кокандское ханство было объявлено упраздненным. Из его земель была образована Ферганская область, которая вошла в состав Туркестанского генерал-губернаторства.
В 1879 г. началось завоевание Туркмении. Царское правительство решило воспользоваться англо-афганской войной для отправки в июле 1879 г. из Красноводска военной экспедиции генерала И.Д. Лазарева в Ахал-Текинский оазис. Предпринятый Лазаревым штурм главной крепости оазиса был отбит с большими для русского отряда потерями. В мае 1880 г. была снаряжена новая, тщательно подготовленная и хорошо вооруженная экспедиция М.Д. Скобелева, ставшего во главе отряда численностью в 11 тыс. солдат при 97 орудиях. 12 января 1881 г. после трехмесячной осады крепость Геок-Тепе была взята штурмом. 25-тысячный гарнизон крепости оказал отчаянное сопротивление, но не мог противостоять хорошо вооруженному регулярному русскому войску. Через несколько дней были взяты и другие опорные пункты оазиса.
Из завоеванных земель была образована Закаспийская область с центром в г. Ашхабаде, подчиненная кавказскому наместничеству. 1 января 1884 г. на съезде местной знати Мерва было решено признать русское подданство. Через четыре месяца русские войска вошли в Мерв, встретив лишь незначительное сопротивление со стороны местных жителей. В течение 1884 - 1886 гг. России подчинились и остальные туркменские племена.
Процесс присоединения Средней Азии к России занял более 30-ти лет (с начала 60-х до середины 90-х годов XIX в.). Он осуществлялся военными методами. Приходилось преодолевать вооруженное сопротивление ханов и эмиров, в уже завоеванных городах подавлять вспыхивавшие восстания местного населения. Однако присоединение, точнее, завоевание этого крупнейшего, экономически и стратегически важного для России региона осуществилось сравнительно легко - небольшими воинскими силами, с незначительными потерями русских войск, ибо регулярным и хорошо вооруженным русским войскам противостояли плохо вооруженные ханские воины и необученные ополченцы. Сопротивление местных ханов сильно ослаблялось несогласованностью их действий и постоянными междоусобиями, распрями и раздорами между ними.
В отличие от Кавказа и Казахстана, не вся завоеванная область Средней Азии стала частью России. Бухарский эмират и Хивинское ханство оказались только под российским протекторатом, оставшись, таким образом, в государственном отношении независимыми. Однако их территория значительно сузилась и протянулась относительно узкой полоской от Аральского моря до Памира через Среднюю Азию. В договорах с Россией эмир и хан должны были пойти на значительные уступки: Бухара и Хива стали открытыми для русских купцов, а позднее были включены в российскую таможенную границу. Они должны были выплатить крупные военные репарации, которые тяжким грузом легли на их экономику. Для контроля к обоим правителям были приставлены в качестве "политических агентов" российские советники, и во внешней политике Бухара и Хива были в полной зависимости от Петербурга. Но социально-политическая структура их внутреннего устройства осталась прежней, эмир и хан продолжали без каких-либо ограничений править своими подданными. Только торговля рабами была запрещена. Ислам оставался основой общества и культуры, и "благородная Бухара" сохранила свои прославленные арабско-персидские школы. В Бухаре сохранялись свои денежная и налоговая системы, своя администрация, во главе с эмиратом бухарским, имевшем в своем распоряжении небольшую армию, обученную русскими офицерами и оснащенную русским оружием.[18]