晋武帝司马炎下诏命尚书石鉴行安西将军，都督秦州诸军事，与奋威将军田章率大军西征。石鉴与时任东羌校尉、轻车将军的杜预发生矛盾，杜预拒绝对鲜卑叛乱的盲目出兵，被石鉴诬陷，被免职押解回京，既而石鉴讨伐秃发树机能，依然无法战胜。

一时间朝野大震，关中震动，丁未，司马炎命汝阴王司马骏为镇西大将军，都督雍、凉等州诸军事，坐镇关中。西晋军队和鲜卑军队经过一年多的交战，秃发树机能不但没被消灭，反而联合了氐、羌、匈奴等部落共同反晋。各族联军中，尤以北地郡（陕西耀县）的匈奴人最为强悍，号称“北地胡”。西北地区的各族相互策应，并肩战斗，使西晋王朝丧城失地。

泰始七年（271年），秃发树机能联合北地胡攻金城攻打金城，在青山击杀凉州刺史牵弘。后又败凉州刺史苏愉于金山（今甘肃省山丹县南）。及泰始末至咸宁元年（275年），秃发鲜卑的势力由凉州金城郡（治榆中县，今甘肃省榆中县西北黄河南岸）西北更向西发展。高昌以东的一些鲜卑部落也起而反抗晋朝统治。

由于晋军连连战败，司马炎寝食难安，又命贾充镇守关中，下诏说：“秦凉二境，比年屡败，胡虏纵暴，百姓荼毒。遂使异类扇动，害及中州。虽复吴蜀之寇，未尝至此。诚由所任不足以内抚夷夏，外镇丑逆，轻用其众而不能尽其力。非得腹心之重，推毂委成，大匡其弊，恐为患未已。”但由于贾充在这时与司马炎结成儿女亲家，因此而做免。至咸宁三年（277年），局势更加恶化，猛将文鸯临危受命，三月，率凉、秦、雍州三州之军大破秃发树机能，诸胡二十万口来降，经此一役，河西鲜卑实力大损。

但仅过一年，秃发树机能就命部将若罗拔能在武威大破晋军，杨欣成了第三个战死的凉州刺史、第四个被鲜卑阵斩的封疆大吏。秃发树机能纵横西北，威震天下，仆射李憙请发兵整讨，但朝议都以为出兵重事，鲜卑不足以忧虑。

咸宁五年（279年），秃发树机能乘胜攻下凉州，司马炎非常后悔，临朝哀叹说：“谁能为我讨此虏者？”马隆请命而往，率三千五百勇士西征。期间，匈奴刘渊也自请而往，孔恂、杨珧坚决反对，认为刘渊的祸患远大于秃发树机能。

马隆向西渡过温水，秃发树机能等人带领几万名部众凭借险阻抵抗。因为山路狭隘，马隆就造了扁箱车，还造了木屋，置于车上，边作战边前进，走了一千多里，打得鲜卑军队死的死，伤的伤，损失惨重。自从马隆西去，音讯断绝，朝廷为他担忧，有的人说他们已经都死了。后来马隆的使者夜里到了，晋武帝拍着手高兴地笑了。清晨，召集群臣对他们说：“假如听从了渚位的意见，就没有凉州了。”于是下命令，赐给马隆符节，授官宣威将军。马隆到了武威，鲜卑部落首领猝跋韩且万能率领一万多部落来归降。十二月，马隆与秃发树机能大战，杀了秃发树机能，凉州于是平定。秃发树机能死后，秦凉的诸胡部队失去了领袖人物，顿时土崩瓦解，纷纷向马隆投降，不愿投降的，也都各自逃生去了。秦凉之变至此结束了。

在历时九年的秦凉之变中，为了镇压河西鲜卑，司马炎几乎将晋朝名将尽数派遣至西北战场，前后丧失了了四名驰骋西北的封疆大吏，损失了几万人的部队，已经影响到西晋王朝的整体局势，如果秦凉失控，西晋就不能进攻东吴，东吴不灭，西晋就会面临两面受敌的困境，司马炎一统天下的宏图大志，就无法实现。

收复凉州之后，司马炎终于摆脱了两面受敌的危险局面，可以一心一意的进行伐吴的工作，反对伐吴的大臣们的借口也没有了，整个西晋的主战派逐渐占据了有了优势，最终使得司马炎马上就下定决心伐吴，统一了全国；对于凉州来说，在此后近百年的时间里，不管中原地区的局势有多混乱，除了十年之后的一次大规模民族期事，这里就再也没有发生大的战争，这对于整个凉州乃至于西域之后近百年的经济、文化的迅速发展，起到了巨大的作用。

马隆在平定秦凉之变中，知难而进，勇于创新，在战法和兵器的结合上，运用尤为巧妙，故能在长途征战中以少胜多。

而秃发树机能虽然屡屡重创晋军，但最终失败，根本原因在于他的部队是个非常松散的部落和散户的联合体，其中既有鲜卑人、羌人、氐人，也有汉人，有成一个整编部落的，也有一个村一个家族的。因此，秃发树机能虽然是名义上的最高领袖，但有时候很多民族的军队也不一定听他的指挥，各个部落为了自己的利益，有时候甚至会背叛起义军，军令不一、各自为政，马隆西征时，拔韩、且万能等率先投降，严重削弱了秃发树机能军队的实力。