Решающая битва эпохи покорения Россией Средней Азии произошла 14 июня 1868 года (по новому стилю) на Зерабулакских песчаных холмах между Бухарой и Самаркандом. Отряд русского генерал-адъютанта Константина Кауфмана, численностью 2000 пехотинцев и казаков, наголову разгромил 35-тысячное войско бухарского эмира Музаффара. Потери сторон составили 63 и около 3500 человек соответственно.
Бой между войском Бухарского эмирата и экспедиционным отрядом Туркестанского военного округа довольно подробно описан историками. Ведь с русской стороны в нем участвовали известные в будущем личности - художник, а тогда поручик Николай Каразин и подпоручик Алексей Куропаткин, который в последующем дослужился до звания генерал-адъютант. События развивались следующим образом.
Сражение началось в четыре часа утра. Полковник Александр Пистолькорс, командовавший авангардом, повел своих солдат в атаку на левый фланг неприятеля. Одновременно двинулись казаки, а артиллерия начала стрелять картечью по бухарской пехоте. Сарбазы, не ожидавшие такого напора, дрогнули и побежали. Казаки кинулись в погоню, но бухарская пехота, как только вышла из-под картечного обстрела, снова построилась и начала отступать организованно по всем правилам. Тем временем батальон пошедших в рукопашную русских пехотинцев численностью 280 человек оказался неожиданно окружен бухарцами: спереди наседала вражеская пехота, с тыла зашла узбекская конница. Тем не менее батальон, ударив в штыки, смог пробиться к основным частям. Потери при этом составили всего 17 человек ранеными.
14 русских полевых орудий продолжали вести обстрел и постепенно отступать стала вся бухарская армия. К десяти часам утра узбекская и туркменская конница бежала. Из всего 35-тысячного войска у эмира Музафара осталось только 200 человек личной охраны и 1000 пеших сарбазов, а остальные - разбежались. Победителям достались богатые трофеи.
Одним из важных факторов победы при Зерабулаке было применение русскими новых казнозарядных игольчатых винтовок системы Карле, принятых на вооружение в 1867 году. Скорострельность (шесть выстрелов в минуту) и дальнобойность (850 метров) этих винтовок не шли ни в какое сравнение с боевыми возможностями дульнозарядных кремневых бухарских солдат.
Свой немалый вклад в победу внесли новые нарезные 76-мм и 87-мм казнозарядные артиллерийские орудия с клиновыми призматическими затворами. Изменения затронули не только конструкцию стволов, но и лафетов. Если до этого лафеты в русской полевой артиллерии были деревянными, то орудия 1867 года уже устанавливались на железные лафеты с подъемными и поворотными механизмами. Пушки, разработанные под руководством выдающегося ученого-артиллериста Николая Маиевского, имели большую скорострельность, кучность и дальность стрельбы. Кроме того, объем разрывного заряда увеличился в три раза, облегчилась разработка трубок и взрывателей.