В январе 1880 года Скобелев назначается командующим военной экспедиции против текинцев.
В Туркмении в ахаль-текинском оазисе обитали 80—90 тысяч текинцев. Это были природные, смелые воины. Все экспедиции против них до 1879 года были неудачны.
По Туркмении могли двигаться только верблюжьи караваны и войска с верблюжьими обозами, полагая не менее одного верблюда на человека.Нужно пройти с войсками по пустыне, лишённой растительности и воды.
Скобелев составил план, который был утверждён и должен быть признан образцовым. Целью его было нанести решительный удар текинцам аль-теке. К цели Скобелев решил идти осторожно и сосредоточить столько запасов, сколько необходимо для проведения дела до конца; по мере накопления всего необходимого подаваться вперёд и, когда всё будет готово, решительным боем покончить с текинцами. Со своей стороны узнав о походе
текинцы решили переселиться в крепость Денгиль-Тепе (Геок-Тепе) и ограничиться отчаянной защитой только этого пункта.
Скобелев приехал в Чекишляр 7 мая и, прежде всего, приказал перебросить часть войск на Кавказ, чтобы уменьшить число ртов и ускорить накопление запасов. Пришлось привезти 2 млн пудов запасов. По одной линии подвоза была построена железная дорога. Было приобретено 16 тысяч верблюдов для перевозки всего необходимого для 11 тысяч человек с 3 тысячами лошадей и 97 орудиями. 10 мая Скобелев занял Бами и начал устраивать в этом месте опорный пункт, для чего в течение 5 месяцев туда было перевезено 800 тысяч пудов разных запасов. В начале июля Скобелев, с 655 чел. при 10 орудиях и 8 ракетных станках, производил разведку, подходил к Денгиль-Тепе и обстреливал эту крепость. Этим он произвёл сильное впечатление на текинцев, а главное поднял дух вверенных ему войск. Скобелев к 20 декабря сосредотачивает 7100 человек (с нестроевыми) в укреплении Самурское (12 вёрст от Денгиль-Теле) и запасов на 8 тысяч человек до начала марта 1881 года. Не ограничившись этим, он посылает в Персию полковника Гродекова, который заготавливает 146 тысяч пудов необходимых запасов на персидской территории, всего в одном переходе от Денгиль-Тепе. Это должно было обеспечить довольством войска после взятия крепости.
15 декабря прибыл в Самурское, вследствие ходатайства Скобелева, из Туркестана отряд полковника Куропаткина с 884 чел. с 900 верблюдами. После чего войска готовятся к штурму.
В крепости Денгиль-Тепе было 45 тысяч человек, из них защитников 20—25 тысяч; они имели 5 тысяч ружей, множество пистолетов, 1 орудие и 2 зембурека. Текинцы производили вылазки, преимущественно ночью и наносили немалый урон, захватив даже однажды знамя и два орудия.
6 января 1881 года в 200 саженях от угла крепости, устроена бреш-батарея, вооружённая 12 орудиями. Скобелев готовился к штурму на 10 января, но, вследствие обвала в минной галерее и порчи вентилятора, отложил на 12 января, обещав минёрам при успехе 3 тысячи рублей и 4 ордена на 30 человек. К полуночи 10—11-го минная галерея подошла под ров в 2 саженях ниже горизонта, а в ночь на 12-е произведена забивка минных камор. К 12 января Скобелев сосредоточил 4788 пехотинцев, 1043 кавалеристов, 1068 артиллеристов всего 6899 человек при 58 пушках, 5 картечницах и 16 мортирах. Перед штурмом должен был произойти взрыв мины с целью обрушения части стены. Согласно диспозиции для штурма назначались три колонны:
а) полковника Куропаткина (11 ½ рот, 1 команда, 6 орудий, 2 ракетных станка и один гелиографный станок) должна овладеть обвалом от взрыва мины, прочно на нём утвердиться и укрепиться в юго-восточном углу крепости; б) полковника Козелкова (8 ½ рот, 2 команды, 3 орудия, 2 ракетных станка и 1 гелиографный) должна овладеть брешью и войти в связь с первой колонной; в) подполковника Гайдарова (4 ½ роты, 2 команды, 1 ½ сотни, 4 орудия, 5 ракетных станка и 1 гелиографный, производящий демонстративную атаку) должна деятельно содействовать двум первым, для чего овладеть Мельничною калою и ближайшими рентраншаментами, действовать усиленным ружейным и артиллерийским огнём по внутреннему пространству крепости.
Штурм был произведён 12 января 1881 года. В 11 часов 20 минут дня был произведён взрыв мины. Восточная стена упала и образовала удободоступный обвал. Пыль ещё не улеглась, когда колонна Куропаткина поднялась в атаку. Подполковнику Гайдарову удалось овладеть западной стеной. Войска теснили неприятеля, который однако оказывал отчаянное сопротивление. После долгого боя текинцы бросились в бегство через северные проходы, за исключением части, которая осталась в крепости и, сражаясь, погибла. Скобелев преследовал отступающего врага на протяжении 15 вёрст. Русские потери за всю осаду со штурмом доходили до 1104 человека, а во время штурма составили 398 человек (в том числе 34 офицера). Внутри крепости были взяты: до 5 тысяч женщин и детей, 500 персиян рабов и добыча, оценённая в 6 млн рублей.
Вскоре после взятия Геок-Тепе были высланы Скобелевым отряды под начальством полковника Куропаткина; один из них занял Асхабад, а другой прошёл более чем на 100 вёрст на север, обезоруживая население, возвращая его в оазисы и распространяя воззвание с целью скорейшего умиротворения края. И вскоре в Закаспийских владениях Российской империи установилось мирное положение.
Ахаль-текинская экспедиция 1880—1881 гг. представляет первоклассный образец военного искусства. Центр тяжести операции находился в сфере военно-административных вопросов. Скобелев показал туркменам, на что способны русские войска. В итоге к Российской империи была бескровно присоеденена остальная часть Туркмении с Мервом. 14 января Скобелев был произведён в генералы от инфатерии, а 19 января награждён орденом Св. Георгия 2-й степени. 27 апреля он выехал из Красноводска в Минск. Там он продолжил заниматься подготовкой войск.