刘松山来到城外，只见卡垒林立，正要下令进攻，忽见东边驰来一千多名骑兵，协助城内守军作战。刘松山一声令下，老湘营分路猛攻，回民骑兵招架不住，退入城内。老湘营乘胜攻击，守军打开东北门撤走，刘松山紧跟着进占灵州。第二天，他挥师攻下灵州城东南的四座寨堡，令黄万友驻城安抚，他自己率部返回下桥军营。
灵州的回民军撤离时，马化龙又派人向刘松山报告：灵州驻军是躲避陕西回民军的杀掠才出城的，应由胡昌会择地安插。他的意图很明显，是想掩饰先前命部众攻占灵州的行为。刘松山向来使出示了攻破马家寨时搜得的那份密令，致使马化龙一方无话可说。
前面说过，在灵州失守以后，清廷曾屡次下诏询问起衅情形，左宗棠却保持沉默。他当时的想法是：灵州城尚未收复，此时复奏无益，不如沉默。接下来，刘松山虽屡次告捷，清廷仍不放过灵州问题，疑心刘松山激起民变，还想派人赴实地调查。左宗棠觉得自己不能保持沉默了，上疏陈述原委，再次为刘松山辩白。朝廷从他的奏疏中得知刘松山已经取得了成果，慈禧也就放心了，不再听信穆图善的指责。上谕说：
回目马化龙既给与马重三伪札，是其狂悖之情业已败露，而求总兵胡昌会保其永不反复，并代陕回甘言求抚，前后两歧，殊难凭信。着左宗棠严饬刘松山乘此声威，迅图扫荡，不得轻率收抚，转遂奸谋。