陝西回亂時，甘肅回民也相繼起事響應。先是河州的閔殿臣、馬悟真、馬永瑞、馬永琳等攻克了狄道城（今臨洮），城內居民十萬餘盡被殺。回軍又推馬佔鰲為都招討，攻下河州，幫助清軍守城的萬餘漢人全部被處死。1867年9月，河州回軍假降，陝甘總督穆圖善出省受降，差點被生擒！
1871年春，左宗棠已經剿滅寧夏金積堡馬化龍。是年秋，兵分三路向河州進軍：中路以傅先宗率鄂軍40營（多隆阿舊部）由狄道進兵，一半渡河西進，一半留駐洮河東岸；左路以楊世俊率楚軍20營，從狄道之南關坪進峽城；右路分別以劉明燈率楚軍10營由馬盤監經紅土窯進康家崖，徐文秀率10營由靜寧經會寧抵康家崖。並令洮州土司楊元率「番兵」四千餘，把守拉卜塄、槐樹關、沙馬關、石關、新城堡等地，一併受楊世俊節制。三路清軍在洮河東岸的康家崖一帶會師後，渡洮河西進，攻取河州門戶太子寺。另外令徐佔彪率川軍20營由中衛南下靖遠、會寧、安定一帶，以護衛蘭州。這樣，清軍總兵力達到了3.5萬餘人。
劉明燈、徐文秀兩部首先拿下康家崖，回軍撤往三甲集一帶。左宗棠令中路傅先宗部和左路楊世俊部在狄道用渡船搭造浮橋，派出12營清軍過河結壘，以掩護右路清軍渡河。回軍在洮河西岸掘壕數道，並築有炮臺，嚴密防守。康家崖水深流急，清軍多次搶渡都被回軍擊退。11月中旬，前福建布政使王德榜率左宗棠親兵等馬步5營，由康家崖東南六十餘裡的站灘間道過狄道浮橋，與中路、左路清軍配合，猛攻黑山頭等回軍據點，徐文秀、劉明燈部乘機在康家崖、新添鋪渡過洮河。
清軍渡河後，急攻三甲集。經過三晝夜激戰，清軍攻克三甲集，回軍退至太子寺（今廣河縣城）。太子寺在三甲集西南三十餘裡，是回軍的重要根據地。馬佔鰲令回軍在太子寺外挖了一道長壕，深約二丈餘，寬四丈餘，並在險要處設置了許多壘卡，與廣通河北岸的許多回民村堡互為犄角。清軍經大東鄉和董家山向太子寺進攻，回軍依託有利地形頑強抵抗，清軍損失慘重，轉而從南面進攻。
清軍40餘營兵力密布於太子寺南面二十餘裡的新路坡。馬佔鰲令馬海晏率回軍數百人乘夜暗潛入新路坡，佔領山頭；又密派千人挑水運土，澆水築牆，當時正是隆冬季節，滴水成冰，一夜之間回軍就築成了一座光滑堅硬的堡壘。此時正是同治十一年正月初六。第二天，清軍發現回軍堡壘突然出現在他們陣地中間時，大為震驚。傅先宗立即調派部隊，親自督攻，不料中彈身亡，回軍乘機掩殺，清軍大敗。正月十一日夜，回軍又發起猛攻，全殲徐文秀所部，總兵鄭守南、李其祥、楊文林、劉篤志，副將盧才華、王福昌，參將吳明勝等26名將領全部以身殉國，楊世俊率殘部倒退30裡，據守三甲集。這是左宗棠自出兵以來最大一次失敗。
回軍建議馬佔鰲乘勝追擊，馬佔鰲卻認為太子寺一仗雖然大獲全勝，但總的形勢仍然是敵強我弱，太平天國失敗了，自彥虎失敗了，馬化龍犧牲了，光靠河州一地，不以足抗拒清軍；即使左宗棠離去，還會有無數個左宗棠來，長此交戰下去，回軍遲早會被清兵蠶食，而且恐被清軍「善後」(大屠或大遷徙)。於是，馬佔鰲決定向左宗棠投降，雙方談了半年時間才談攏。馬佔鰲及其子馬安良降清後，歸於董福祥部，為了好好表現，開始彎弓反射，協助清軍鎮壓甘肅其餘地方的回軍，由於作戰勇猛，終於取得了左宗棠的信任。清廷給了馬佔鰲六品軍功頂戴。他逝世後，他的兒子馬安良接替了他的職務，又隨董福祥部收復新疆。這才有了民國時期的「西北三馬」：馬步芳、馬步青、馬鴻逵。後來，西路軍經河西走廊北上時，遭受到了馬步芳的圍追堵截，2萬餘人幾乎全軍覆沒。