就在清朝即将结束对准部的军事行动时，天山南路的维吾尔族地区发生了霍集占兄弟的叛乱。乾隆二十四年（1759年）五月，阿桂奉命赴霍斯库鲁克，会同副将军富德追击节节败退的霍集占兄弟。同年八月，两军激战于阿勒楚尔（今帕米尔巴尔唐河北雅夫索尔西南），时叛军以数千之众，拚死顽抗，战事呈胶着状态。在激战中，阿桂一马当先，亲率精锐士兵数百名，“由山麓绕出其右冲击之”，敌军猝不及防，阵势大乱。清军乘锐掩杀，叛军伤亡惨重，狼狈逃窜。阿桂统军与其他路清军一起紧迫不舍，于伊西洱库河（即今帕米尔西之喷赤河）再次将敌军包围。在清军的穷追猛打之下，敌兵溃不成军，纷纷投降，霍集占兄弟见势不妙，只得和其亲信数百人向巴达克山逃去。这一仗，清军俘获一万二千余人，缴获各类兵器两千余件，牛羊驼马不计其数。同年十月，巴达克山首领素勒坦沙向清军献上霍集占兄弟的首级，至此，平定了天山南路。

　　清朝平定了准部和回部，统一天山南北后，即开始着手巩固对这一地区的统治。乾隆二十四年九月，阿桂奉命前往刚收复不久的阿克苏，处理地方善后事务。为解决战乱后军粮不足的困难，他将当地现存的牛羊作“为伊犁驻防兵来年行粮之需，已令该管官加意牧放以济军需”。十月，又与路经阿克苏的清定边将军兆惠共同商定伊犁驻军和迁移阿克苏等地的维吾尔族农民前往伊犁屯田的具体办法。乾隆帝对伊犁屯田很重视，特下令要阿桂率军护送维吾尔人（即所谓回部）前往，并管理屯田的具体事务。

　　屯田伊犁

　　乾隆二十五年（1760年）初，阿桂率满洲索伦兵五百名、绿营兵一百名和三百名维吾尔族农民开赴伊犁，此为伊犁屯田之始。当然，要在伊犁驻兵和屯田实非易事。当时战争刚刚结束，残余的叛乱分子还在不时出来捣乱，同时持续多年的战乱又使本来就很贫瘠的这一地区遭到更大的破坏，到处是一片荒芜萧条的景象。因此，乾隆帝虽然认为清军必须在伊犁长期驻扎，以此既防止残余的叛乱分子再搞分裂割据，又能挫败早已图谋吞并伊犁的沙皇俄国的罪恶企图，但是，在这十分困难的条件下，伊犁屯田能否获得成效，能否解决驻军的军粮心中还是没有把握，于是，他“命各军营大臣等筹议如何分兵驻守”伊犁。很多大臣“皆谓地方辽远，沙漠居多，旧时准夷马匹羊群消耗殆尽，难以为驻守计”。在这决定清军是坚守还是从伊犁撤退的关键时刻，阿桂挺身而出，慷慨陈词，坚决主张在伊犁屯田。