Осложнения со стороны Бухары и Коканда на Сыр-Дарьинской линии заставили Дебу оставить Кавказ и перенестись в Туркестанские степи, куда он и был назначен командующим Сыр-Дарьинской линией 3 мая 1859 г., где, под его начальством, русские войска не раз одерживали победы над кокандцами, а 25 сентября была взята штурмом кокандская крепость Яны-Курган, причём трофеями боя были 2 знамени, 11 фальконетов, 40 нарезных и 30 гладкоствольных ружей и много других военных доспехов. Этот успех положил основание для дальнейшего успешного завоевания Средней Азии. Деятельность Дебу в Туркестане много способствовала научным экспедициям русских учёных.