俄國人看傻了眼，此前畢竟許諾過，只要中國軍隊有能力收復烏魯木齊，就立即歸還伊犁。此時見中國軍隊平叛如秋風掃落葉，便開始反悔，賴著伊犁不還了。左宗棠也早有準備，在平叛過程中，有將領就曾建議他趁著俄國與土耳其再次大戰的機會，直接攻取伊犁，但左宗棠認為師出無名，反遭其謗，故意留下伊犁孤城不打，而將伊犁周邊地區一舉收復，在外交上贏得了主動，在軍事上也擺出了威懾的陣勢。俄國方面已無法拖延，遂開始與中國談判歸還伊犁的問題。由崇厚率領的大清國代表團於1878年底到達聖彼德堡。俄國要求，如歸還伊犁，中國必須補償俄國軍費，在通商方面給予特別優惠，同時還需向俄國割讓部分領土。崇厚不待國內批准，就以全權欽差大臣的身份，在俄國提出的《裡瓦吉亞條約》（Treaty of Livadia，又名《中俄條約十八條》）等檔上簽字。如果根據這些條約，中國將只能收回一座孤城，而伊犁周邊的所有戰略要地，都將永久地割讓給俄國。消息傳回國內，引起巨大的反響，張之洞就曾指出：“若盡如新約，所得者伊犁二字之空名，所失者新疆二萬里之實際……是有新疆尚不如無新疆也。”左宗棠說：“伊犁乃我國之領土，俄軍乘虛入侵，蹂躪我邊民，掠取我財物。我今索還土地，俄方竟然要我賠償軍費，如此強盜行徑，乃國際公理所不容也，此其一。俄方以劃定兩國邊界為名，行掠奪土地之實，雙方並未陳戰，一彈未發，我朝公然割地與人，此乃外交所不許也，此其二。俄方之所謂通商，其商人志在謀利，其政府意在廣設領事，深入我腹地，坐探虛實，此種通商，為我所不取也，此其三。”他提出，“如今之計，當先禮而後兵”，一方面重新談判，另一方面積極備戰，“訴諸于武力”，並且主動請纓。全國上下抗俄熱情高漲，倒楣的崇厚一回國就被逮捕，從重判處死緩（斬監候）。中俄關係急降到冰點。感到顏面掃地的俄國，一方面在伊犁地區大舉增兵、尤其是增強炮兵，另一方面派出大量軍艦，巡弋渤海和黃海，擺出可能攻擊華北腹地的架勢，戰爭風雲籠罩中國。
