清军首先集中火铳火炮，猛烈轰击驼阵，自午后至日落，将驼阵轰断为二，然后挥军渡河进攻，以步兵从正面发起冲击，又以骑兵从左翼迂回侧击，噶尔丹大败，仓皇率全部撤往山上。次日，遣使向清军乞和，乘机率残部夜渡沙拉木伦河，狼狈逃窜，逃回科布多（今蒙古吉尔噶朗图）时只剩下数千人。

噶尔丹自乌兰布通失败后，公裂叛乱之心未死，他以科布多为基地，招集散亡人员，企图重整旗鼓，东山再起。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，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伕四匹马的标准，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。康熙三十四年九月，噶尔丹果然率3万骑兵自科布多东进，沿克鲁伦河东下，扬言借得俄罗斯鸟枪兵6万，将大举内犯。

三战噶尔丹

在此形势下，康熙决定再次亲征，次年二月，调集9万军队，分东中西三路进击：东路9000余人，由黑龙江将军萨布素率领越兴安岭西进，出克鲁伦河实行牵制性侧击；西路4．6万人由抚远大将军费扬古为主将，分别出归化、宁夏（今宁夏银川），越过沙漠，会师于翁金河（今蒙古德勒格尔盖西）后北上，切断噶尔丹军西逃科布多之路；康熙自率中路3．4万人出独石口（今河北沽源南）北上，直指克鲁伦河上游，与其他两路约期夹攻，企图歼灭噶尔丹军于克鲁伦河一带。三月，康熙率中路军出塞。五月初，经科图（今内蒙古苏尼特左旗北）继续渡漠北进，逐渐逼近敌军。噶尔丹见康熙亲率精锐前来，又闻西路清军已过土剌河，有遭夹击的危险，便连夜率部西逃。五月十三日，清西路军进抵土剌河上游的昭莫多（今蒙古乌兰巴托东南），距噶尔丹军15公里扎营。昭莫多，蒙语为大森林，位于肯特山之南，土剌河之北，汗山之东。费扬古鉴于清军长途跋涉，饥疲不堪，决定采取以逸待劳、设伏截击的方针，以一部依山列阵于东，一部沿土剌河布防于西，将骑兵主力隐蔽于树林之中；振武将军孙思克率步兵居中，扼守山顶。战斗开始后，清军先以400骑兵挑战，诱使噶尔丹军入伏。噶尔丹果然率兵进击，企图攻占清军控制的山头。孙思克率兵据险防守，双方激战一天，不分胜负。此时费扬古指挥沿河伏骑分兵一部迂回敌阵，另一部袭击其阵后家属、辎重，据守山头的孙思克部也奋呼出击。噶尔丹军大乱，夺路北逃，清军乘夜追击15公里以外，俘歼数千人，收降3000人，击毙噶尔丹之妻阿奴。噶尔丹仅率数十骑西逃。在噶尔丹率军东侵喀尔喀之际，其后方基地伊犁地区被其侄策妄阿拉布坦所袭占。加之连年战争，噶尔丹“精锐丧亡，牲畜皆尽”，噶尔丹兵败穷蹙，无所归处，所率残部不过千人，旦羸弱不堪，内部异常混乱。康熙三十六年二月，康熙鉴于噶尔丹拒不投降，再次下诏亲征。噶尔丹在众叛亲离的情况下，服毒自杀而死，至此康熙时期平定噶尔丹叛乱之战始告结束，喀尔喀地区重新统一于清朝。