В бесконечно длинные зимние ночи, под вой бури, сидя посреди степи в кибитке, терзался генерал Перовский очевидной уже невозможностью достигнуть поставленной цели. Но, дав отряду отдых в заранее построенном в Чушка-Куле укреплении, ему удалось вывести остатки войск из степи и вернуться весной 1840 г. в Оренбург.
Неудачный поход 1839–1840 гг. наглядно показал, что летучие экспедиции в глубь азиатских степей без прочного закрепления пройденного пространства постройкой опорных пунктов не могут дать полезных результатов. Ввиду этого был выработан новый план завоевания, предполагавший медленное, постепенное продвижение в степь с устройством в ней новых укреплений. Последние вызывались необходимостью принять меры против султана Кейнесары-хана, объединившего под своей властью все киргизские роды и постоянно угрожавшего мирной жизни русских поселенцев.
В 1843 г. решено было раз и навсегда покончить с султаном Кейнесары-ханом, производившим постоянные набеги и даже под стенами наших укреплений захватывавшим русских в неволю. Для выполнения этой задачи из крепости Орской были посланы два отряда: войскового старшины Лобова (две сотни и одно орудие) и полковника Базанова (одна рота, одна сотня и одно орудие), совместными действиями которых и удалось рассеять скопища киргизов и взять в бою самого султана Кейнесары-хана, казненного впоследствии.
В 1845 г. оказалось возможным построить по линии рек Иргиз и Тургай крепости: на первой — Уральскую, а на второй — Оренбургскую, одновременно с этим укрепление Новоалександровское было перенесено на Мангышлакский полуостров с переименованием его в Новопетровское; благодаря этому почти половина западного побережья Каспийского моря стала фактически принадлежать России.
Спустя два года был двинут отряд генерала Обручева (четыре роты, три сотни и четыре орудия) для занятия северо-восточного побережья Аральского моря и устьев Сырдарьи, на берегу которой Обручев построил укрепление Раимское. Тогда же была учреждена Аральская военная флотилия, и пароходы «Николай» и «Константин» начали крейсировать по морю, присоединив его тем самым к русским владениям; позднее они несли транспортную службу, перевозя военные грузы и войска вверх по Сырдарье.
Одновременно всю киргизскую степь до передовых укреплений разделили на 54 дистанции, во главе которых поставили русских начальников, а для решения спорных дел, возникавших между отдельными родами, учредили съезды киргизских старшин, чем и упорядочили управление кочевниками.
Между тем занятие русскими войсками устьев Сырдарьи, по которой плавали туземные суда, приводило к постоянным столкновениям и с новым врагом — Кокандским ханством, по владениям которого в большей части протекала эта огромная среднеазиатская река. Хивинцы и кокандцы не могли смириться с усилением русских, мешавших им разбойничать и грабить караваны на дорогах к Оренбургу. Для предотвращения набегов стали высылать особые отряды. Так, отряд полковника Ерофеева (200 казаков и солдат при двух орудиях), настигнув скопища хивинцев, разбил их и 23 августа занял хивинскую крепость Джак-Ходжа. В следующем, 1848 г. было захвачено и разрушено хивинское же укрепление Ходжа-Ниаз.
Постепенно заселяя земли вокруг степных укреплений казаками и поселенцами, Россия должна была принять меры к их защите, а также воспрепятствовать прорывам хивинских шаек в Оренбургскую степь, где от их набегов страдало киргизское население; для этого необходимо было продвинуться еще южнее и оттеснить кокандцев и хивинцев, нанеся им основательное поражение.
План наступления был разработан, и с 1850 г. началось одновременное движение русских войск со стороны Сибирской и Оренбургской линий. Из Капала на реку Или был двинут отряд в целях устройства переправ, постройки укреплений и рекогносцировки кокандской крепости Таучубек. На Оренбургской линии отряд майора Энгмана (одна рота, одна сотня и одно орудие), выступив из Раимского укрепления, рассеял скопища кокандцев, взяв с боя крепость Каш-Курган. В следующем году сильный отряд полковника Карбашева (пять рот, пять сотен, шесть конных орудий и один ракетный станок) вновь перешел реку Или, разбил кокандцев и совершенно разрушил крепость Таучубек.
Отряд же майора Энгмана (175 казаков и один единорог), встретив около Акчи-Булака кокандские войска под начальством Якуб-бека, наголову разбил их, обратив в бегство.
Одновременно для окончательного закрепления за Россией всей степи, примыкавшей к Сибирской линии, начато было устройство казачьих станиц и учреждена казачья линия, на которой за Анчузом (Сергиополем) к китайскому городу Чугучаку был выдвинут отряд и поселены в укрепленных станицах две сотни Сибирского казачьего войска; из них впоследствии образовалось Семиреченское казачье войско.
Назначенный снова Оренбургским генерал-губернатором, генерал Перовский, ознакомившись с положением дел в крае, убедился, что главным опорным пунктом кокандцев являлась сильная крепость Ак-Мечеть, за крепкими стенами которой находили убежище скопища кокандцев и откуда высылались шайки разбойников, делавших набеги на наши укрепления; ввиду этого в 1852 г. был выслан отряд полковника Бларамберга (полторы роты, две сотни и пять орудий) для производства рекогносцировки Ак-Мечети.
Отряд, пройдя значительное пространство и выдержав несколько натисков кокандцев, разрушил кокандские укрепления: Кумыш-Курган, Чим-Курган и Каш-Курган, произведя разведку крепости Ак-Мечети.
Благодаря этому в следующем году представилась возможность направить на завоевание крепости значительные силы (4,5 роты, 12,5 сотни и 36 орудий) под общей командой самого генерала Перовского. Пройдя с отрядом в жару около 900 верст за 24 дня, отбив несколько нападений хивинцев, генерал Перовский подошел к стенам Ак-Мечети, считавшейся неприступной, и послал коменданту предложение сдать крепость. Но кокандцы встретили парламентеров выстрелами, а потому пришлось отказаться от переговоров и брать ее с бою.
Высокие стены и сильный гарнизон Ак-Мечети представляли собой настолько внушительную силу, что решили взорвать сначала часть стен. Произвели осадные работы, продолжавшиеся семь дней, а затем, после взрыва 27 июня, сделавшего большие разрушения, начали штурм, длившийся с 3 часов до 16 часов 30 минут. Во время штурма храбрый комендант Ак-Мечети, Мухамет-Вали-хан, был убит, а кокандцы, после отчаянной защиты, принуждены были сдаться. Ак-Мечеть была переименована в форт Перовский.
Тяжелый поход, имевший результатом взятие Ак-Мечети, был оценен государем, и генерал Перовский за взятие этого важного пункта, уже выдержавшего раньше несколько осад, возведен был в графское достоинство, а войска щедро награждены.
Одновременно с этим учредили новую Сырдарьинскую линию из укреплений: Аральского (Раимского), форта № 1, форта № 2, форта Перовского и форта № 3 (Кумыш-Курган). Таким образом окончательно закрепили за Россией всю степь от Оренбурга до Аральского моря и реки Сырдарьи, а укрепления прежней Оренбургской линии, утратив значение передовых, превратились в опорные и этапные пункты и укрепленные торговые фактории, под защиту которых стали прибывать новые переселенцы.
Кокандцы не могли примириться с потерей Ак-Мечети, считавшейся неприступной и выдержавшей целый ряд осад в прошлом. Огромные скопища их, числом до 12 тысяч, при 17 орудиях, внезапно 18 декабря подошли к форту Перовский, в котором находились 1055 человек русского гарнизона при 14 орудиях и пяти мортирах. Хотя сам форт в то время достроен не был, но начальник левого фланга Сырдарьинской линии подполковник Огарев, сознавая невыгоду осады, решил, несмотря на неравенство сил, выслать навстречу кокандцам отряд из 350 пехотинцев, 190 казаков при четырех орудиях и двух ракетных станках под командой Шкупа. Пользуясь туманом и беспечностью кокандцев, русские подошли на рассвете к кокандскому лагерю на расстояние 400 сажен, заняв песчаные холмы, и в 6 часов утра открыли по нему канонаду.
После непродолжительной суматохи, вызванной неожиданностью, кокандцы скоро опомнились и сначала стали отвечать орудийными выстрелами, а затем, перейдя в наступление, окружили отряд и произвели несколько атак с фронта и с флангов. Но все эти атаки с большим уроном были отбиты картечью и ружейным огнем. Тогда, решив отрезать отряд от крепости, кокандцы выслали часть войск своего центра и резервы в обход.