初次親征
康熙二十九年(1690年)五月，噶爾丹借口追擊喀爾喀，率兵3萬(一說2萬)自庫楞湖(今呼倫湖)沿大興安嶺西麓南下，兵鋒指向北京。清廷命理藩院尚書阿喇尼率兵抗擊，失利於烏爾會河(即烏拉桂河，在今內蒙古烏蘭浩特西)。準噶爾軍乘勢南進至烏珠穆沁(今屬內蒙古)地區。七月初，清廷發兵10萬，採取分進合擊的方略，命福全為撫遠大將軍率左路、常寧為安北大將軍率右路，分別由古北口(今北京密雲東北)、喜峰口(今河北寬城西南)出擊;又令盛京(今瀋陽)、吉林將軍出兵西進，協同主力作戰。
康熙帝玄燁親率禁旅進駐博洛和屯(今內蒙古正藍旗南)督軍。常寧部進至烏珠穆沁，清軍糧食給養缺乏，情況惡劣，與準噶爾軍遭遇，交戰失利南退。準噶爾軍遂長驅追擊，渡過沙拉木倫河，與福全部逐漸接近。康熙帝於七月十九日急令右路軍會同左路將準噶爾軍阻於高涼河(沙拉木倫河上游支流)北，令康親王愛新覺羅·傑書移師歸化(今呼和浩特)，斷其歸路。七月二十九日，福全偵知準噶爾軍屯於烏蘭布通，整軍前往。準噶爾軍列營於山坡上，因東西兩翼無屏蔽，噶爾丹命將萬餘頭駱駝縛足臥地，背上加箱籠，蒙以濕氈，構成"駝城"，士兵依托箱垛，發射弓矢、火器，進行阻擊。清軍及時調整部署，以火器兵為前列，步兵繼後，騎兵為兩翼。八月初一，清軍集中火炮轟擊，自晡至暮，大破準噶爾軍的"駝城"，隨後步兵正面衝殺，騎兵從左右迂迴夾擊，殺傷了非常多的準噶爾軍士兵。噶爾丹見勢不利，遂行緩兵計，遣使向清軍乞和，旋乘夜率部渡沙拉木倫河北撤，沿途焚燒野草，以遲滯清軍追騎。福全中計，致使噶爾丹逃逸。
康熙二十九年(1690年)十月初，福全所派侍郎等人傳信給噶爾丹，逾月未歸，他估計噶爾丹早已出邊逃循，且當時軍中糧草不足，只能維持幾天，鑒於此，便自作主張，下令回師。部隊歸至康熙帝軍中，康熙帝對福全不請示就自行撤回十分不滿，決定先回京再議罪。康熙帝先行回京，福全等留後。福全又將偵察噶爾丹行蹤的情報送交康熙帝過目，叛敵確實出邊，也一一認了罪。康熙帝當即命福全還師京城。
再征破敵
準噶爾軍在烏蘭布通之戰中兵敗之後退據科布多(在今蒙古國西部)，招集舊部，求援沙俄，圖謀再舉。為防禦噶爾丹再次進攻，康熙採取了以下措施：調整部署，加強邊境守備;巡視漠北諸部，穩定喀爾喀蒙古上層，將逃居漠南的喀爾喀蒙古分為左中右三路，編為37旗;設立驛站和火器營，溝通內地與漠北地區的聯絡，專門訓練使用火銃火炮。康熙三十三年(1693年)，清廷詔噶爾丹前來會盟，噶爾丹抗命不至，反而遣兵侵入喀爾喀，康熙遂決定誘其南下一戰殲之。為使此次作戰順利進行，清軍在戰前做了充分準備：調集兵馬，徵調大批熟悉情況的蒙古人為嚮導，隨軍攜帶5個月口糧，按每名士兵配備一名民夫四匹馬的標準，組成龐大的運輸隊，備有運糧大車6000輛，隨軍運送糧食、器材;籌備大量防寒防雨器具，準備大批木材、樹枝，以備在越過沙漠和沼澤地時鋪路。
康熙三十四年(1695年)九月，噶爾丹率騎兵3萬，東掠位於克魯倫河流域的喀爾喀蒙古車臣汗部，然後沿河而下，進駐巴顏烏蘭(今烏蘭巴托東南)以東地區，揚言借俄羅斯鳥槍兵6萬大舉攻漠南。康熙三十五年(1696年)二月，清廷發兵約10萬，分三路出擊：東路由黑龍江將軍薩布素率兵9000越興安嶺西進;西路由撫遠大將軍費揚古、振武將軍孫思克率兵4.6萬分別由歸化(今呼和浩特)、寧夏(今銀川)，越過沙漠，於翁金河(今蒙古國德勒格爾杭蓋西)會師，爾後北上;康熙帝玄燁親率中路軍3.4萬出獨石口(今河北赤城北)。三路大軍約期於克魯倫河一帶殲滅準噶爾軍。
康熙三十五年(1696年)五月初，中路軍先抵克魯倫河，逼近準噶爾軍。噶爾丹遙望清軍勢眾，遂棄廬帳、器械，乘夜西撤。
康熙帝即命馬思喀為平北大將軍，坐鎮巴顏烏蘭地區;令費揚古西路軍截準噶爾軍退路，設伏襲擊;命內大臣納蘭明珠盡運中路軍之糧以濟西師。旋自率前鋒追擊三日，至拖諾山(巴顏烏蘭東)而返。準噶爾軍退至特勒爾濟(今烏蘭巴托東南)時，僅剩萬餘人。五月十三，清軍西路進抵昭莫多，距特勒爾濟30里紮營。費揚古以逸待勞，將東陣兵陳於山上，一部沿土拉河佈防於西，騎兵主力隱蔽於樹林中，以孫思克率綠營兵居中，旋派400精騎至準噶爾軍營地挑戰，誘其入伏。噶爾丹果然將萬餘騎全部出擊，追至昭莫多，即向清軍陣地猛撲。清軍居高臨下，依險俯擊，弩銃迭發，籐牌兵繼之，每進則以拒馬木列前自固。準噶爾軍初戰受挫，乃下馬力攻，冒矢銃鏖戰，傷亡甚眾，仍不退兵。費揚古見其後陣不動，知為婦女和駝畜所在，即令一部迂迴橫衝，一部襲其後陣，準噶爾軍頓時大亂。扼守山頂的清軍乘勢奮擊，上下夾攻，斬殺3000餘，俘獲數百人。
噶爾丹之妻阿努可敦等被擊斃。最後，噶爾丹只帶了幾十名騎兵脫逃。
三征決勝
經過兩次大戰，噶爾丹集團土崩瓦解，康熙帝要噶爾丹投降，但是噶爾丹負隅頑抗。隔了一年，即康熙三十六年(1697年)，康熙帝又帶兵渡過黃河親征。這時候，噶爾丹原來的根據地伊犁已經被他侄兒策妄阿拉布坦佔領;他的左右親信聽說清軍來到，也紛紛投降，願意做清軍的嚮導。噶爾丹走投無路，就服毒自殺。