1871年7月，沙俄利用由于阿古柏侵略所造成的新疆的混乱状态，借口“安定边境秩序”，派兵侵占伊犁地区，屠杀中国人民，实行殖民统治。沙俄侵占了伊犁，对清政府说是“代收”。清政府多次向沙俄交涉归还伊犁，均无结果。
1875年，清政府决定派左宗棠率兵进入新疆，击退阿古柏匪帮，加强新疆的边防，然后索还伊犁。清军进入新疆后，先后收复了乌鲁木齐等重镇和南部边疆地区。在军事胜利的基础上，清政府再次要沙俄归还伊犁。当时沙俄提出必须取得中国内地的通商权利，并割据中国帖克斯河流域和伊犁以西的土地，才能交出伊犁。
1879年，清政府派出的崇厚在沙俄威胁下，擅自签订了《里瓦吉亚条约》及《陆路通商章程》。条约名义上把伊犁归还中国，但却将伊犁南境的帖克斯河流域和西境霍尔果斯河以西的大片领土割让给沙俄，这样，使伊犁成为孤城。而且，这个条约还规定：将喀什噶尔及塔尔巴台两处的双方边界做有利于沙俄的修改，以及赔偿军费、免税贸易、增辟通商线路和增设领事等。消息传来，中国舆论大哗，纷纷要求改约，清政府一方面迫于舆论压力，另一方面感到丧权太多，于是拒绝批准这个条约。
1880年，清政府派驻英公使曾纪泽出使俄国交涉改约。沙俄为了使其就范，在中国东北和西北边境集结了大量兵力，并增调海军在中国海面示威，对曾纪泽进行外交恫吓，还一再以中止谈判、发动战争相威胁。1881年2月24日，曾纪泽在沙俄的逼迫下，签订了中俄《伊犁条约》及《改订陆路通商章程》，代替崇厚签订了条约、章程。《中俄伊犁条约》当时称《改订条约》，又因签约地点在彼得堡，亦称《彼得堡条约》。
主要内容是：
一、沙俄归还被其强占的中国伊犁地区，而仍割去伊犁西部霍尔里斯河以西、伊犁河南北两岸的原属中国的大片领土。斋桑湖迤东一带中俄边界“有不妥之处”，要两国派员“勘改”。所有尚未设界碑的中俄各段边界都要派员“勘定、安设界碑”，为沙俄进一步侵占中国领土制造了依据。
二、赔款增至900万卢布（合509万两白银），限两年内偿清。
三、俄商在新疆各地贸易，改“均不纳费”为“暂不纳税”。
四、俄商只能到嘉峪关，免去到西安、汉口通商，仅许于肃州（甘肃嘉峪关市）和吐鲁番两地增设领事。
五、伊犁居民“愿迁居俄国入俄籍者，均听其便”。这就为沙俄武力逼迫中国各族居民迁入俄境的罪行获得了根据。
这个条约和《里瓦吉亚条约》相比，除赔款增加了400万卢布外，在界务和商务方面，中国都争回了一些主权。但它仍是一个俄国通过武力威胁和外交讹诈逼使清政府签订的不平等条约，严重地损害了中国领土和主权的完整，给西北边务、经济发展和人民生活造成了极大的恶果。
据此，沙俄又逼迫清政府于1882-1884年订立了《伊犁界约》、《喀什噶尔界约》等五个条约，分段重新勘定了中俄西段边界。沙俄通过中俄《伊犁条约》和五个勘界议定书，又吞并了中国西部七万多平方公里的领土。