Năm 1866 ông bắt đầu thiết lập một hệ thống tiếp vận. Trước hết, ông xây 5 trung tâm hậu trạm chia đều từ Đông Nam đến Tây Bắc (gồm Thượng Hải trong tỉnh Giang Tô, Thiên Tân trong tỉnh Hà Bắc, Phần Châu ở Sơn Tây, Bao Ninh và Thuận Tân ở Tứ Xuyên) và từ đó lương thực, vũ khí và các loại khí cụ khác được mua để chở tới mặt trận. Các trạm cung ứng dịch vụ quân đội ở gần hay tại mặt trận như ở Tây An (Thiểm Tây), Thiên Thủy (Cam Túc) được thành lập để nhận vật liệu chở từ hậu trạm tới và cung cấp cho lực lượng ở trận tiền bằng cáng, xe hay lạch đà xuyên qua hàng ngàn cây số sa mạc. Giữa các trạm dịch vụ chính và hậu trạm có một hay nhiều trạm trung gian để nhận và giao vật dụng. Hán Khẩu chẳng hạn dùng làm hậu trạm phân phối thóc gạo cho mặt trận Thiểm Cam, từ đó tiếp liệu được chở tới Tây An theo nhiều đường khác nhau. Với hệ thống cung cấp như thế có thể giữ cho tiếp vận không bị gián đoạn.

Năm 1874, Tả Tông Đường đã chủ động chuẩn bị binh lương, vay tiền Ngân hàng Hối Phong tại Hương Cảng, cho người đến Lương Châu, Túc Châu, Ninh Hạ, Bao Đầu và cả nước Nga thu mua lương thực, chia đường chở đến Cáp Mật và nhiều vùng khác xa đến hàng ngàn dặm. Hàng đoàn người và xe vận chuyển lương thảo có quan binh bảo vệ vượt qua sa mạc tập trung về Cáp Mật. Sau 2 năm, số lương thực tại Cáp Mật đã lên tới hơn 1000 tấn, các nơi khác cũng có đến hàng trăm tấn, tích trữ đủ quân lương. Giúp việc đắc lực cho ông có thương nhân Hồ Tuyết Nham lo liệu vật tư và quân trang cần thiết cho quân Tây chinh, lệnh cho Hồ Tuyết Nham nhập vũ khí hiện đại cần thiết từ bên ngoài để thu phục Tân Cương.

Đồng thời năm 1873, Tả Tôn Đường thành lập Lan Châu Cơ khí cục, cải tạo quân khí theo kiểu của Đức, mua hàng ngàn súng trường và đại bác của hãng Krupp và Dreyse.