1 мая 1868 года подойдя к северному берегу Зеравшана русский отряд увидел за рекой бухарские войска. Около трех часов дня между противниками завязалась артиллерийская дуэль. Под прикрытием артиллерии русская пехота начала переправу и выйдя на противоположный берег нанесла удар одновременно с двух флангов. Противник, побросав орудия бросился бежать. Бухарский дипломат того времени Ахмад Дониш саркастически писал: «Сражавшиеся нашли необходимым бежать: каждый бежал так, как мог бежать, бежали куда глаза глядят, бросали все имущество, снаряжение. Некоторые бежали в сторону русских, и последние, узнав их положение, накормив и напоив, отпускали их. Никто не хотел воевать». Отступавшие попытались скрыться в Самарканде, но горожане закрыли перед ними ворота. Когда к древнему городу подошёл отряд Кауфмана его встретила делегация жителей с петицией к русскому царю. Город был занят без боя. Из Самарканда, генерал-губернатор посылает эмиру новые условия мира, но ответа не получает. Видимо, то, что Кауфман настойчиво предлагал мир, а также его отказ преследовать разбитого противника, в Бухаре восприняли как слабость. И несмотря на то, что эмиру приходилось воевать на два фронта – против него восстали беки Шахрисябзского оазиса, во главе со старшим сыном Музаффара Абдумаликом, – мир с русскими, правитель Бухары, заключить не захотел.

Не дождавшись ответа от эмира, Кауфманом было принято решение двигаться в сторону Бухары. 29 мая от генерала Н. Н. Головачёва, стоящего со своим отрядом в кишлаке Каттакурган, поступило сообщение о скоплении вблизи селения крупных сил бухарцев. На следующий день Кауфман выступил на помощь Головачёву, оставив в Самарканде небольшой гарнизон – примерно 650 человек.

Русский отряд, в котором находился и поручик (с 02.01.1868 г.) Алексей Куропаткин, второго июня вышел к Зерабулакским высотам под Каттакурганом. Там его уже поджидала многотысячная армия бухарцев. Предстоял последний решительный бой, ставки в котором были необычайно высоки. Эмир Музаффар прекрасно понимал, что последствия поражения будут для него роковыми. Первого июня он обращается к своей армии с воззванием:

«Благодарю вас, верноподданные мусульмане, за труды, уверяю вас, что победа еще за нами!

Потеря Самарканда и Ката-Кургана для нас еще небольшая потеря. Мы потомки Тамерлана: мы покажем, как забирать наши земли! Мусульмане, я надеюсь, что вы постараетесь показать кафирам, как мусульмане бьются за веру и отечество. Народ ожидает победы, чтобы, по окончании битвы, встречая вас, он мог говорить, что вы сражались за веру и уничтожили на своей земле кяфиров. На поле битвы будет воздвигнут памятник в честь убитых героев, павших на зерабулакской земле, мусульмане! 125,000 тилей, которых требует в контрибуцию туркестанский генерал-губернатор, будут выданы от меня в награду вам. Я надеюсь, что вы, мои войска, оправдаете мое ожидание, и сотрете грязное пятно, которое носят на своих халатах самаркандцы. Прощайте, мусульмане, желаю вам успеха».

Не менее значима была победа в этом сражении и для туркестанского генерал-губернатора.

В рассказе «Случайность», участник этого сражения Н. Н. Каразин пишет: «Надо вам заметить, что мы были приучены к победам легким… Появились, постреляли, пошли в атаку, неприятель бежит… Потери наши вздорные!.. До штыков почти никогда не доходило – ну, а на этот раз можно было ждать чего-нибудь посерьезнее… Видите ли, господа, нас было немного, а перед нами стояла вся бухарская армия, с самим эмиром во главе – и стояла близко… Да что близко!.. Накануне, весь день, их конница наседала на наши аванпосты, со всех сторон охватили, а лазутчики-персы доносили, что и вся гвардия эмира – наемные афганские бригады, тысяч семь, тут же перед нами и стоят на горах, на крепких позициях… Бой, надо вам сказать, предстоял решительный».