1944年4月，在苏联驻伊宁领事馆的支持和帮助下，“伊宁解放组织”成立，主席为苏联籍乌兹别克人艾力汗·吐烈。
1944年8月，苏联鞑靼族侨民帕提赫·莫里斯莫夫组织巩哈游击队，发起“巩哈暴动”。
10月7日，游击队攻占巩哈县城，伊宁驻军主力1600人调往巩哈平乱。苏联侨民铁伊·伊凡诺维奇·列斯肯在果子沟组织游击队，形成战略呼应。
11月6日，在得到苏联驻伊宁领事馆的帮助下，苏联军官阿列克山德洛夫率军从霍尔果斯潜入伊宁，同“伊宁解放组织”组成军事指挥部。同日，列斯肯占领芦草沟，切断迪伊公路。
11月7日，伊宁事变爆发，外有巩哈游击队进攻，内有苏军和武装人员呼应，驻军中少数民族士兵哗变。
11月9日，伊宁驻军负责人曹日灵电告朱绍良内有：“名为剿匪，实为国际战争”、“市区土匪全为归化人及塔塔尔族，以其领事馆作根据地，所获武器系苏联制造”。
11月10日，伊宁全城被攻占，守军残部及汉族官员、平民约8000人撤至城郊机场及艾林巴克、鬼王庙两处高地，等待救援。
11月12日，“伊宁解放组织”召开大会，宣布成立“东突厥斯坦共和国”临时政府，主席为艾力汗·吐烈，副主席有包尔汉等。
1945年1月5日，艾力汗·吐烈宣布“东突厥斯坦共和国”脱离中华民国而独立。
1945年2月1日，在苏军的帮助下，民族军攻占艾林巴克。7月31日，攻占塔城。
伊宁事变爆发后，大批极端民族主义者以“杀回灭汉”为口号，四处残杀汉族和回族人，东北籍汉人几乎被杀绝。张治中曾记述道：“三区汉人被杀的很多，有些地方只剩了老弱妇孺数十人，在伊宁残留的汉人中，也是老弱妇孺占大多数，青壮年都被杀光了”。关于伊宁事变中被害的汉回平民数量至今没有准确的统计。
中国共产党对此次事件高度评价，誉其为“三区革命”。毛泽东的评价为：“三区革命是全中国人民民主革命的一部分”、“在新疆牵制了近十万国民党军队”、“对于全新疆的解放和全中国的解放，是一个重要的贡献”。
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