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）为的6655人的远征队从阿斯特拉罕出去征服希瓦汗国，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，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，阿勒坦山地区秩序混乱之机，侵入鄂布河上游察那斯河、哈屯河、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与伊犁河之间的古尔班阿里玛图（长期作为哈萨克斯坦都的阿拉木图）。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。以"和平使"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，往西直至桑淖尔湖，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: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"，力争全部占有桑泊和特克斯河上游地区，至少也应保留两国共有桑泊，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"桑泊考察团"，在1863年夏天侵入桑泊沿岸地区。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，亚历山大二世布联接东西碉堡线以便深入中亚的动员令。