果不其然，崇厚抵达彼得堡后，俄国人假意好生招待，以试探他的底细，后来发现此人在外交事务上根本就是个大苯伯，对俄国人的险恶用心懵懂无知，完全被俄国人牵着鼻子走。崇厚在彼得堡好吃好喝了大半年，最后在沙俄胁迫和欺骗下，擅自与沙俄代理外交大臣吉尔斯签订了《里瓦几亚条约》十八条（另有《瑗珲专条》、《兵费及恤款专条》、《陆路通商章程》十七条）。

　　崇厚所签的《里瓦几亚条约》，名义上把伊犁归还中国，但需要赔偿“代收代守”伊犁兵费及恤款五百万卢布（合银二百八十万两），而伊犁西境霍尔果斯河以西、伊犁南境特克斯河流域以及塔尔巴哈台（今新疆塔城）地区斋桑湖以东本属于中国的土地，统统划归了俄属。如此一来，伊犁实际上已成“弹丸孤注，控守弥难”的残破孤城。这样一个孤城，却还要花近三百万两白银来赎回，岂不荒唐？！

　　另外，《里瓦几亚条约》还规定：俄商在蒙古、新疆的贸易免税；通商路线增开三条；由陆路运入天津、汉口的俄国货物，进口税则较海路运入者减低三分之一；俄商在嘉峪关、乌鲁木齐、哈密、吐鲁番、古城、科布多、乌里雅苏台等七处增设领事。
　　据说崇厚为了急于回国处理家事，在总理衙门已经电令不准签字的情况下，居然回电说该条约已经缔结，并于1879年10月2日擅自在条约上签字，随后又未经奉旨就擅自回国。
　　条约送回国内后，舆论大哗，国人皆曰崇厚可杀。清政府也觉得此约“流弊甚大”，拒绝批准，并将崇厚革职拿问，要处以死刑。正好当时左宗棠刚刚平定新疆阿古柏之乱，大臣们纷纷主张对沙俄采取强硬措施。
　　沙俄听到清政府拒绝批准条约的消息后，在我国东北和西北边境集结了大量兵力，并派遣舰队在中国海面示威，以发动战争相威胁，进行外交恫吓，妄图逼迫中国就范。
　　当时出使英国的郭嵩焘已经回国，他上书朝廷指出：现在的麻烦，是崇厚在懵然无知的情况下，已经签订了条约，如果我朝先允后翻，可能会引发更大的冲突。对于朝中主战的意见，郭嵩焘认为不到非不得已，不应轻言开战。沙俄不是阿古柏，一旦战事爆发，费财费力，旷日持久，恐难预料。何况，以目前大清帝国的实力，未必能和沙俄抗衡，一旦战败，恐怕要丧失更多的领土，到不如先用外交手段，酌情而定。

　　历史证明，郭嵩焘的意见是明智的，十多年后，大清帝国连日本都搞不过，如果此时真和老毛子干的话，结果会怎么样，还真不好说。后来清廷便在郭嵩焘的建议下，改派当时已经出使英法的曾纪泽前往俄国，负责伊犁改约谈判事宜。
　　曾纪泽，字劼刚，曾国藩的长子，世袭一等候，少负俊才，在京城常与在华西方传教士和外交官交游，喜好洋务，是晚清相当出色的外交官。1878年，曾纪泽派充出使英国及法国大臣，在英办理订造船炮事宜（为北洋舰队订造“致远”和“靖远”两舰）。受命后，曾纪泽又兼任了出使俄国大臣，前往圣彼得堡谈判改订条约。
　　出发前，曾纪泽认为，“伊犁一案，大端有三：曰分界，曰通商，曰偿款。筹办之法，亦有三：曰战，曰守，曰和。”按照西洋定约之例，分界是常守不渝的，而通商则可以随时修改，再者，俄国人声称自己是“代守伊犁”，因此，曾纪泽定下的战略是，在边界问题上寸步不让，在贸易问题上讨价还价，在赔款问题上可以商量。
　　曾纪泽到达俄国的时候，俄国已经派遣使臣布策前来催促条约签字。曾纪泽得知后便要求俄国外交部令布策折回，对伊犁问题重新谈判。在曾纪泽的坚持下，俄国代理外部大臣吉尔斯、副大臣热梅尼和布策参与了谈判。
　　俄国代理外部大臣吉尔斯见了曾纪泽后，虽然开始觉得有点心虚，但又不想丧失诈骗而来的成果，便拿出一副强硬的态度，说：“你们的全权大臣既然签约了，就没什么好商量了。”
　　曾纪泽针锋相对：“崇厚所答应的，大都超过了朝旨的授权，不能不加以更改。”
　　俄国人说：“你们朝廷要将使臣定罪处死，废除已经谈判好的条约，这样做有悖国际公法，你们中国人不讲道理，我们没法和你们再谈判。”

　　曾纪泽说：“中国的使臣违背朝旨，定失职之罪，和外国没什么关系，你们无权干涉。何况，现在考虑到贵国的颜面，已经将崇厚释放了。”
　　俄国人没话可说，便转移话题，说：“你们中国现在正在备兵备战，明摆着想破坏和平。”
　　曾纪泽说：“我们备兵并非是因为你们而起，主要的防卫边疆乱党余孽，并无不可。”
　　俄国人说：“既然你们已经备战，那我们也要派兵备战，这是你们所挑起的，你们要承担全部责任。”
　　曾纪泽说：“你们要这样说的话，我们也可以反过来说你们想破坏和平。两国要想和睦相处的话，本就不应该提备战之事。”
　　俄国人立刻觉得自己失言，便悻悻然的说曾纪泽不是“全权大臣”，不够谈判的资格。

　　曾纪泽说，“我现在是大清帝国委派的驻俄大使，完全有议约之权。”（曾纪泽当时是兼任出使英、法、俄三国大臣，相当于驻三国的大使，当时大清帝国外交人才匮乏，驻外大使往往是兼任）
　　俄国人见曾纪泽不好对付，只好答应重新谈判。
　　为了给谈判增加筹码，清政府派左宗棠亲率大军离开肃州（今酒泉市），出嘉峪关，向哈密挺进。为了表明收复伊犁的决心，老帅左宗棠出征前命人备好棺木，“抬棺出征”，以鼓舞士气。左宗棠大军到达新疆哈密后，准备布署三路进兵收复伊犁：一路由金顺进驻精河从正面佯攻；一路由张曜从阿克苏越过天山进击伊犁南部；一路由刘锦棠经乌什越冰岭直赴伊犁西面的后路。（孙占元：《左宗棠评传》）

　　此时，俄国也加紧调兵遣将，不仅增兵伊犁，还在黑龙江以北和乌苏里江以东部署重兵，并调集了二十多艘军舰组成一支舰队，由黑海驶往日本长崎，威逼京津，并扬言要封锁中国沿海，对清政府进行武力恫吓。
　　对于崇厚被判死刑（后改流放）的事情，各国外交代表出于职业同情也纷纷表示反对，英国女王还亲自写信为崇厚说情，紧接着又派人游说李鸿章说俄国人不好对付，万一打起来，场面不好收拾，并主动要求为中俄伊犁交涉调停。原洋枪队长戈登，还特意跑到天津面见李鸿章，不怀好意的说：“俄国人要进攻你们京城呢！如果你们打算作战，就赶紧把北京的近郊焚毁，把政府档案和皇帝都从北京迁到中心地带去，并且准备作战五年。”（马士：《中华帝国对外关系史》）

　　李鸿章听了后慌忙上奏朝廷，说北京北边不安全，离海口又太近，洋兵易于长驱直入，无能阻挡，万一真和沙俄开战的话，危险太大。清廷听后信心动摇，又敦促曾纪泽早日谈判。
　　而当时的沙俄和土耳其关系紧张，加之左宗棠治军有方，不惜一战，刚刚在土耳其吃了亏的俄国人思前想后，觉得代价很大，最后不得不降低要求，以谈判解决问题。在这种情况下，经过反复的辩论和艰苦的谈判，1881年2月，曾纪泽与沙俄代理外交大臣吉尔斯和布策签订了《中俄伊犁条约》和《改定陆路通商章程》，其主要内容包括：

　　一、沙俄归还中国伊犁地区，帖克斯河流域不再割让，但伊犁西部霍尔果斯河以西本属于中国领土的土地被沙俄占去；斋桑湖以东一带，中俄边界两国派员勘改，所有尚未设界碑的中俄各段边界都要派员勘定，安设界碑。
　　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”。 后来，沙俄利用这一条款，在1881到1884年间共掳去中国边民十万多人。