早在康熙十七年（1678），噶尔丹以和硕特是卫拉特蒙古一部，理应归他统辖为理由，即准备进军青海。但康熙得知消息后，马上命甘肃提督张勇等整敕军队严加防范，同时敕谕噶尔丹，要他“坚立信誓，不许骚扰人民”。那时，噶尔丹的实力有限，不敢贸然出兵。噶尔丹从清廷的强烈反应中清楚看到，青海和硕特与清政府关系相当密切，甚至在很大程度上存在着依附关系，清廷决不会坐视青海落入噶尔丹之手。噶尔丹被迫放弃了进军青海的计划。
康熙二十六年（1687），噶尔丹率军3万越过杭爱山，攻占喀尔喀蒙古札萨克图部。由于噶尔丹派遣的千余名喇嘛作内应，土谢图汗仓促迎战，初战即失利，噶尔丹的骑兵乘势击溃车臣汗和扎萨克图汗两部，大肆掠夺土谢图汗和哲布尊丹巴·呼图克图的牧地，致使喀尔喀蒙古诸部蒙受空前浩劫，举部内迁，“溃卒布满山谷，行五昼夜不绝”。此时的康熙仍然希望通过调停，和平解决，他提出在清官方主持下，邀请达赖喇嘛的代表参加，使噶尔丹与喀尔喀蒙古和谈，土谢图汗谢罪，噶尔丹撤兵，归还喀尔喀蒙古土地人民。
然而这一切努力均无效果，噶尔丹一意孤行，继续南犯，于鄂罗会诺尔击溃了土谢图汗主力。土谢图汗与喀尔喀蒙古宗教领袖哲布尊丹巴，率残余人众内附清廷，请求保护。康熙当即谕令优纳，并于康熙二十八年敕谕噶尔丹：“今喀尔喀为尔所败，其汗等率举国之人前来归朕。朕统御天下，来归之人朕不收抚，谁收抚？朕已妥为安插，赈之米粮，复其汗位爵号等。朕兴灭继绝之念不光对于喀尔喀蒙古，诸国有穷迫来归者，朕一体抚养。战争并非美事，辗转报复，将无穷尽，仇敌愈多，宁保其常胜乎？是以朕欲尔等尽释前仇，互市交易，安居辑睦，永息战争。”
然而噶尔丹非但不听劝，气焰反而愈益嚣张，康熙二十九年（1690），噶尔丹倚仗沙俄的支援，借口追击喀尔喀蒙古，举兵南下，深入内蒙，大肆杀戮劫掠人畜物资。清朝理藩院尚书阿喇尼激愤之下违令请战，在乌尔会河失利，其兵锋甚至逼近乌兰布通，距北京仅700里。城内人心摇动，米价暴涨至三两余银。
面对这样的局面，皇城中的康熙帝，刚刚完成了收复雅克萨、签订《尼布楚条约》的工作，此时三藩已定，台湾亦已统一，37岁的康熙帝经过几场内外战争与常年政治斗争的历练，已经成为了一位非常老练的政治家与战略家，他接连做出了一系列决定，开始准备解决准噶尔部问题。
康熙帝非常清楚，噶尔丹之所以敢于屡屡出兵，与沙俄的支持有着莫大的干系，如果要解决噶尔丹问题，就必须要稳住沙俄。于是，康熙派遣使者到俄国，积极与沙俄交涉，避免沙俄干涉此战，由于此前几年，中俄之间多次交战，沙俄清楚清朝的实力不可小觑，况且这时沙俄在西伯利亚的力量也极其有限。所以，在中方进行交涉后，有所顾虑的俄方果然始终没有向噶尔丹方面提供任何兵力上的援助，武器和财物的援助也极为有限，其中最重要的是沙俄临时取消了原定向噶尔丹出售3000支滑膛枪的决定，这极大影响了后面的战事。
成功断绝了沙俄对噶尔丹的援助之后，康熙寻找一切机会削弱噶尔丹势力，康熙通过一系列措施，成功策反了随军出征的噶的尔丹侄子策妄阿拉布坦，策氏趁噶尔丹在乌兰布通大战时，独自带领五千人返回了准噶尔部根据地伊犁河流域，并击败了噶尔丹派来的追兵，“尽收噶尔丹之妻子人民而去”，使噶尔丹自此失去了大部分后勤补给来源，从而给予噶尔丹极大的打击。
另一方面，康熙迅速调兵遣将，力图平叛噶尔丹。康熙任命和硕裕亲王福全为抚远大将军，皇子胤褆为副将，率军出古北口；和硕恭亲王常宁为安远大将军，以和硕简亲王雅布、多罗信郡王鄂礼为副将，出喜峰口。康熙自统中路，下诏亲政。但因突发感冒，高烧一夜，不得已“暂且回銮”，停驻于波罗和屯指挥各路大军。
噶尔丹自恃有沙俄做靠山，十分狂妄，根本不把清军放在眼中。他“觅山林深处，倚险结营”，让数万骑兵列阵山下，用千匹骆驼构筑工事，“缚骆驼四足，使之卧地，背加箱垛，上蒙湿毡，环列如栅，士兵于垛隙射箭放枪，兼施矛，可攻可守，”号曰“驼城”，自以为非常坚固，必胜无疑。
清军在河对面布阵，营盘有四十座，连绵六十余里，“首尾联络，屹如山立。”兵力约十万人。
决战那天，清军以炮火营为前锋，对着敌军阵地，齐发炮火猛攻，声震天地，战斗从下午一直延续到晚上。一个目击此役的外国传教士记载：“大战以大炮火枪互轰开始，继而两军士卒肉搏。炮声隆隆，声震天地。河崖泥淖，山坡荒径，两军胶着在刀劈剑砍、矢穿弹洞、血喷肉碎之中。”噶尔丹的驼城被一截为二，清军步骑乘势发动猛攻。佟国纲之弟佟国维指挥的左翼军在炮火掩护下，绕过沼泽地，从侧面横击，斩杀敌人甚众，大败噶尔丹。天近黄昏，清军撤出战斗。八月初二，清军又出击，“见噶尔丹兵旋奔高山顶，向清军发枪弹，誓死据险固守”。另外，纷传噶尔丹已亡阵中，所以清军未急于进剿。
据史料记载，噶尔丹后以计谋拖延清军追击，夜渡西拉木伦河逃走。但因为赶上少有的歉年和瘟疫，噶尔丹在逃回科布多时，人畜损失了三分之二，仅剩几千人。此战，清军也同样损失惨重，康熙的舅舅一等公、镶黄旗都统、领侍卫内大臣佟国纲中枪身死。
此役噶尔丹和清廷都损失严重，康熙回京后，认为如果没有充足的物力、财力，便不能彻底解决噶尔丹问题，所以他一面进行经济上的准备，一面仍对噶尔丹剿抚并用。
