康熙帝刚与沙皇俄国签订了《尼布楚条约》，安定了中国北部与东北部的边疆后，又遇到西部蒙古族部落的首领噶尔丹反叛的挑战。
明末清初，中国北方的蒙古族分为三大部分：漠南蒙古，居住在今内蒙古自治区一带，早就归顺清朝；漠北蒙古，又称喀尔喀蒙古，居住在今蒙古国一带；漠西蒙古，又称厄鲁特蒙古，也就是明代蒙古族的瓦剌部落，生活在天山以北地区。这两大蒙古部落也先后归顺清朝。但在漠西蒙古中有个准噶尔部落，在今新疆伊犁草原地区。噶尔丹是准噶尔部落的首领，非常强悍。他取得准噶尔部落的大权后，受到沙皇俄国的唆使，就开始向外扩张、掠夺。漠西蒙古先被他征服，接着他又进攻漠北蒙古。
漠北蒙古打不过噶尔丹，几十万百姓南下，躲到漠南蒙古，请求清朝保护。康熙帝一面安抚、救济逃难的灾民，一面派人前往噶尔丹军营，要求他立即退兵，并将所侵占的漠北蒙古的土地、牛羊，统统归还主人。噶尔丹野心极大，本来就想打到北京，哪听得进康熙帝的劝阻，便策动大军向东杀来。
康熙帝决心严厉惩罚噶尔丹。公元１６９０年，他亲率大军西征。左路清军由抚远大将军福全统领，出古北口，右路清军由安北大将军常宁率领，出喜峰口。
左路军先与噶尔丹交手，吃了败仗，不得不后撤。噶尔丹因此更加轻视清军，向南猛攻，一直打到乌兰布通（在今内蒙古昭乌达盟），离北京只有七百里。他狂妄地叫嚷，要打到北京去。康熙帝下令右路军停止后撤，迅速会合左路军，在乌兰布通迎战噶尔丹。
噶尔丹将他的大军布阵在一座大山下，一边有河流，一边有树林。他将一万多匹骆驼，围成圆阵，捆住四脚躺下，不能移动。驼背上绑着木箱，蒙上湿毛毡，士兵们则躲在驼阵后发炮射箭，称为驼城。清军先用大炮向驼城中段轰击。猛烈的炮火，将骆驼炸得血肉横飞，驼阵撕开很大的口子，正面的清军步骑兵随后发起勇猛的冲锋，另一支清军则从驼城背后夹攻。噶尔丹的叛军，被打得丢盔卸甲，尸横遍野，狼狈逃窜。
为延缓清军的追击，噶尔丹派一个喇嘛向清军求和。福全连忙向康熙帝禀报。康熙帝叫传令官赶快传达命令：“火速追击!”可是就在清军等候康熙帝命令的时候，噶尔丹跑了。他带着残兵败将，取道大兴安岭，逃回漠北。
噶尔丹在漠北招兵买马，重整旗鼓，企图卷土重来。康熙帝派使者去邀请他来讲和，订立盟约。噶尔丹不但拒绝南来，还将使者杀害了。他带着三万骑兵，并扬言从俄罗斯借了鸟枪兵六万要再杀向北京，争夺皇帝的宝座。他的奸细还潜入漠南，制造谣言，煽动叛乱。
康熙帝于是决定第二次亲征噶尔丹。他率大军十万，兵分三路：东路由黑龙江将军萨布素率领；西路由大将军费扬古率领，任务是切断噶尔丹的后路；中路由康熙帝亲自统帅。
出征路上，清军遇到许多困难。有时粮草断绝，一天只能吃一顿饭，喝浑浊的河水，康熙帝都与将士们同甘共苦，激发起将士们克服困难的高昂士气。途中，他们还遇到连绵的阴雨，西路军因雨落在后面，有人又传说沙皇要出兵帮助噶尔丹。随军大臣担心孤军深入，易遇危险，请求康熙帝就此退兵。康熙帝坚决不同意，说：“朕挂帅出征，还没有见到敌人就后退，如何杀敌，怎样向百姓交待？况且我中路单独退兵，叛贼就能集中精锐攻打西路，西路军的将士们就危险了。”
康熙帝的大军一直追到噶尔丹的大营前。噶尔丹听士兵报告说康熙帝挂帅亲征，已经到了大营前，他还不相信。等他跑上山头瞭望，只见清军军纪严明，兵强马壮，康熙帝黄色的龙旗迎风飘扬。他知道不是对手，便拔营西逃。康熙帝乘势追击，并通知费扬古率西路军截击叛军。
费扬古在昭莫多（今蒙古国乌兰巴托东南）遇到噶尔丹的主力，展开激战。清军的伏兵突然出现在敌后及其两翼的结果叛军大乱，被打得稀里哗拉，清军追击三十余里，杀敌数千人。但还是被噶尔丹带着几十名骑兵跑掉了。
第二年春天，康熙帝再次带着大军出征，围剿噶尔丹残余部队。噶尔丹走投无路，服毒自杀了。
康熙帝与噶尔丹的战争，打了八年，终于平息了蒙古草原上的骚乱，维护了中国版图的统一。
噶尔丹的侄子策妄阿拉布坦也是个不安分的人。噶尔丹在外面厮杀，他却将伊犁地区占为己有。后来，他又窜到西藏，强占地盘。康熙帝便派大军进入西藏，赶走策妄阿拉布坦，设置驻藏大臣，护送达赖六世回藏，与朝廷派驻西藏的大臣及班禅喇嘛共同管理西藏。西藏回到了祖国大家庭的怀抱。