初次亲征
康熙二十九年(1690年)五月，噶尔丹借口追击喀尔喀，率兵3万(一说2万)自库楞湖(今呼伦湖)沿大兴安岭西麓南下，兵锋指向北京。清廷命理藩院尚书阿喇尼率兵抗击，失利于乌尔会河(即乌拉桂河，在今内蒙古乌兰浩特西)。准噶尔军乘势南进至乌珠穆沁(今属内蒙古)地区。七月初，清廷发兵10万，采取分进合击的方略，命福全为抚远大将军率左路、常宁为安北大将军率右路，分别由古北口(今北京密云东北)、喜峰口(今河北宽城西南)出击;又令盛京(今沈阳)、吉林将军出兵西进，协同主力作战。
康熙帝玄烨亲率禁旅进驻博洛和屯(今内蒙古正蓝旗南)督军。常宁部进至乌珠穆沁，清军粮食给养缺乏，情况恶劣，与准噶尔军遭遇，交战失利南退。准噶尔军遂长驱追击，渡过沙拉木伦河，与福全部逐渐接近。康熙帝于七月十九日急令右路军会同左路将准噶尔军阻于高凉河(沙拉木伦河上游支流)北，令康亲王爱新觉罗·杰书移师归化(今呼和浩特)，断其归路。七月二十九日，福全侦知准噶尔军屯于乌兰布通，整军前往。准噶尔军列营于山坡上，因东西两翼无屏蔽，噶尔丹命将万余头骆驼缚足卧地，背上加箱笼，蒙以湿毡，构成"驼城"，士兵依托箱垛，发射弓矢、火器，进行阻击。清军及时调整部署，以火器兵为前列，步兵继后，骑兵为两翼。八月初一，清军集中火炮轰击，自晡至暮，大破准噶尔军的"驼城"，随后步兵正面冲杀，骑兵从左右迂回夹击，杀伤了非常多的准噶尔军士兵。噶尔丹见势不利，遂行缓兵计，遣使向清军乞和，旋乘夜率部渡沙拉木伦河北撤，沿途焚烧野草，以迟滞清军追骑。福全中计，致使噶尔丹逃逸。
康熙二十九年(1690年)十月初，福全所派侍郎等人传信给噶尔丹，逾月未归，他估计噶尔丹早已出边逃循，且当时军中粮草不足，只能维持几天，鉴于此，便自作主张，下令回师。部队归至康熙帝军中，康熙帝对福全不请示就自行撤回十分不满，决定先回京再议罪。康熙帝先行回京，福全等留后。福全又将侦察噶尔丹行踪的情报送交康熙帝过目，叛敌确实出边，也一一认了罪。康熙帝当即命福全还师京城。
再征破敌
准噶尔军在乌兰布通之战中兵败之后退据科布多(在今蒙古国西部)，招集旧部，求援沙俄，图谋再举。为防御噶尔丹再次进攻，康熙采取了以下措施：调整部署，加强边境守备;巡视漠北诸部，稳定喀尔喀蒙古上层，将逃居漠南的喀尔喀蒙古分为左中右三路，编为37旗;设立驿站和火器营，沟通内地与漠北地区的联络，专门训练使用火铳火炮。康熙三十三年(1693年)，清廷诏噶尔丹前来会盟，噶尔丹抗命不至，反而遣兵侵入喀尔喀，康熙遂决定诱其南下一战歼之。为使此次作战顺利进行，清军在战前做了充分准备：调集兵马，征调大批熟悉情况的蒙古人为向导，随军携带5个月口粮，按每名士兵配备一名民夫四匹马的标准，组成庞大的运输队，备有运粮大车6000辆，随军运送粮食、器材;筹备大量防寒防雨器具，准备大批木材、树枝，以备在越过沙漠和沼泽地时铺路。
康熙三十四年(1695年)九月，噶尔丹率骑兵3万，东掠位于克鲁伦河流域的喀尔喀蒙古车臣汗部，然后沿河而下，进驻巴颜乌兰(今乌兰巴托东南)以东地区，扬言借俄罗斯鸟枪兵6万大举攻漠南。康熙三十五年(1696年)二月，清廷发兵约10万，分三路出击：东路由黑龙江将军萨布素率兵9000越兴安岭西进;西路由抚远大将军费扬古、振武将军孙思克率兵4.6万分别由归化(今呼和浩特)、宁夏(今银川)，越过沙漠，于翁金河(今蒙古国德勒格尔杭盖西)会师，尔后北上;康熙帝玄烨亲率中路军3.4万出独石口(今河北赤城北)。三路大军约期于克鲁伦河一带歼灭准噶尔军。
康熙三十五年(1696年)五月初，中路军先抵克鲁伦河，逼近准噶尔军。噶尔丹遥望清军势众，遂弃庐帐、器械，乘夜西撤。
康熙帝即命马思喀为平北大将军，坐镇巴颜乌兰地区;令费扬古西路军截准噶尔军退路，设伏袭击;命内大臣纳兰明珠尽运中路军之粮以济西师。旋自率前锋追击三日，至拖诺山(巴颜乌兰东)而返。准噶尔军退至特勒尔济(今乌兰巴托东南)时，仅剩万余人。五月十三，清军西路进抵昭莫多，距特勒尔济30里扎营。费扬古以逸待劳，将东阵兵陈于山上，一部沿土拉河布防于西，骑兵主力隐蔽于树林中，以孙思克率绿营兵居中，旋派400精骑至准噶尔军营地挑战，诱其入伏。噶尔丹果然将万余骑全部出击，追至昭莫多，即向清军阵地猛扑。清军居高临下，依险俯击，弩铳迭发，藤牌兵继之，每进则以拒马木列前自固。准噶尔军初战受挫，乃下马力攻，冒矢铳鏖战，伤亡甚众，仍不退兵。费扬古见其后阵不动，知为妇女和驼畜所在，即令一部迂回横冲，一部袭其后阵，准噶尔军顿时大乱。扼守山顶的清军乘势奋击，上下夹攻，斩杀3000余，俘获数百人。
噶尔丹之妻阿努可敦等被击毙。最后，噶尔丹只带了几十名骑兵脱逃。
三征决胜
经过两次大战，噶尔丹集团土崩瓦解，康熙帝要噶尔丹投降，但是噶尔丹负隅顽抗。隔了一年，即康熙三十六年(1697年)，康熙帝又带兵渡过黄河亲征。这时候，噶尔丹原来的根据地伊犁已经被他侄儿策妄阿拉布坦占领;他的左右亲信听说清军来到，也纷纷投降，愿意做清军的向导。噶尔丹走投无路，就服毒自杀。