1847年, 在咸海东北岸的锡尔河口修建了雷姆堡垒（今阿腊尔斯克）, 成为以后沙俄入侵中亚南部的主要基地。继之又建立了咸海通锡尔河的航运。1848年，又在锡尔河口修建了卡机林斯克要塞, 从此，沿锡尔河筑起了一连串新的侵略堡垒, 称“锡尔河碉堡线”。
1853年，数万俄军攻占了锡尔河上的浩罕要塞阿克·美切特，浩罕被迫求和。
克里米亚战争后，俄国调整扩张方向，把矛头转向了东方。俄国一方面觊觎中亚这一广阔的原材产地和商品销售市场，另一方面，俄国无限地“ 需要布哈拉的棉花”。在这一背景下，俄国对中亚的扩张和对中国西北地区的侵略变本加厉。塔什干和撒马尔罕等中亚名城相继陷落，浩罕和布哈拉被征服。俄国成立土耳其斯坦总督区，下辖锡尔河省和“七河省”（我国的外西北地区）。
俄国吞并布哈拉之后, 它的边界线就向南扩张到了阿姆河，下一步的侵略目标是希瓦汗国。为了应对侵略，希瓦汗国全国积极备战，限制谷物出口有计划地转移牧场，填塞辟为作战区的水井，不让敌人利用，截断阿姆河支流，使俄军船只无法上驶、在咸海乌尔格角附近 的江·卡拉和卡拉·塔马克林川地带修建堡垒。
1873年春，俄军对希瓦发动进攻。俄国做了精心准备，一共出动了14000人和62门大炮的庞大侵略队 伍，由考夫曼任总指挥，兵分四路向希瓦进军。6月9日，希瓦陷落。希瓦不得不签订城下之盟，全部土地并入俄罗斯，赔款220万卢布，俄国在此设立阿姆河省。随后，俄国趁势又兼并了土库曼，从而完成了对整个中亚地区的征服。
俄国兼并中亚后，开始按照自己的意愿对中亚的产业结构进行重新调整。俄国在中亚残酷地实行殖民地单一经济制，强迫中亚人民种植俄国棉织业所需要的棉花，中亚植棉区从1886年的13200公顷扩大到1914年597200公顷。到了20世纪初期，中亚的棉花产量占全俄棉花产量的80%。过去粮食自足的中亚，后来则依赖从俄国进口 粮食。
时间很快进入二十世纪，中亚各国也进入苏联时代，几百万年来一直波澜不惊的咸海又将面临怎样的命运呢？
1918年，刚成立的苏维埃政府设想将咸海南部的阿姆河和北部的锡尔河改道，以灌溉水稻、瓜类、谷子和棉花。这是前苏联的“棉花计划”，或者叫“白金计划”的一部分。当时计划的制订者希望棉花能成为新兴的苏维埃国家重要的出口产品。
1925年，为发展中亚经济，修建卡拉库姆调水工程动议又被提出，但鉴于工程过于庞大而被搁置。在苏联“第一个五年计划”期间，对咸海流域老灌溉系统进行了恢复和改造工程，修建水利枢纽，改善了撒马尔罕、费尔干纳河谷等的引水条件。
二战胜利以后，苏联成长为坐二观一的世界超级大国，与美国在全球所有领域进行对抗。为了压垮对手，当时的苏联变成了“基建狂魔”。它在世界上很多国家建立大型海军基地；改扩建一系列核基地和航天基地；在东欧修建大运河和一系列水库，让伏尔加河连通五海；在远东修建贝阿铁路；计划着在白令海峡修建一个北冰洋大坝，融化北冰洋的冰川；甚至不顾一切地想给地球“打孔”，挖穿地球……
在这样的背景下，苏联高层也梦想着在农业领域压倒美国，昔日的“白金计划”也被提上了日程。经大批专家实地考察、调研、论证，卡拉库姆调水工程于1954年正式开工。工程目标是将阿姆河和锡尔河天然水道改道，引入土库曼斯坦东部和乌兹别克斯坦中部，以扩大水浇地面积。
苏联在乌兹别克地区建立了阿姆布哈尔引水渠，在土库曼斯坦则建立了著名的卡拉库姆运河（沟通了阿姆河与里海），从南北两个方向将阿姆河的水流灌溉到沙漠之中。卡拉库姆运河总长达1400公里，运河可灌溉350万公顷的荒漠草场和100万公顷的新垦农区，改善700万公顷草场的供水条件。
