在《尼布楚條約》簽訂後的第二年，沙俄政府不甘心失敗，又唆使準噶爾（蒙古族的一支）的首領噶爾丹向漠北蒙古進攻。
那時，蒙古族分為漠南蒙古、漠北蒙古和漠西蒙古三個部分。除了漠南蒙古已歸屬清朝外，其他兩部也都向清朝臣服了。準噶爾部是漠西蒙古的一支，本來在伊犁一帶過著遊牧生活。自從噶爾丹統治準噶爾部以後，他先兼並了漠西蒙古的其他部落，又向東進攻漠北蒙古。漠北蒙古人逃到漠南，請求清朝政府保護。康熙帝派使者到噶爾丹那裏，叫他把侵占的地方還給漠北蒙古。噶爾丹依仗沙俄撐腰，不但不肯退兵，還大舉進犯漠南。
康熙帝決定親征噶爾丹。1690年，康熙帝兵分兩路：左路由撫遠大將軍福全率領，從古北口出兵；右路由安北大將軍常寧率領，從喜峰口出兵，康熙帝親自帶兵在後麵坐鎮。
右路清軍先與噶爾丹軍遭遇，敗下陣來。噶爾丹的軍隊長驅直入，一直打到離北京隻有700裏的烏蘭布通（今內蒙古昭烏達盟克什克騰旗）。噶爾丹得意揚揚，還派使者向清軍索要他們的仇人。
康熙帝命令福全出擊。清軍用火炮火槍猛烈轟擊敵陣，步兵騎兵一起衝殺過去。福全又派兵繞到山後夾擊，把叛軍殺得七零八落，紛紛丟寨逃走。
噶爾丹回到漠北，表麵向清朝政府表示屈服，實際上卻重新招兵買馬，還暗地裏派人到漠南煽動叛亂。
1696年，康熙帝第二次親征，兵分三路出擊：黑龍江將軍薩布素從東路進兵；大將軍費揚古率陝西、甘肅軍兵，從西路出兵，截擊噶爾丹的後路；康熙帝親率中路軍，從獨石口出兵。二路大軍約定日期同時進攻。
康熙帝的中路軍到了科圖，遇到了敵軍前鋒，但東西兩路還沒有到達。這時候，有人傳言沙俄要出兵幫助噶爾丹。隨行的一些大臣害怕起來，勸康熙帝退兵。康熙帝氣憤地說：“我這次出征，還沒有見到叛賊就退兵，怎麼向天下人交代？再說，我中路一退，叛軍全力對付西路，西路不是更危險了嗎？”
康熙帝決心已定，繼續進兵克魯倫河，並且派使者去見噶爾丹，告訴他康熙帝親征的消息。噶爾丹在山頭望見清軍黃旗飄揚，軍容整齊，便連夜拔營逃走了。康熙帝一麵派兵追擊，一麵派快馬通知西路軍大將費揚古，讓他們在半路上截擊。
噶爾丹帶兵奔走了五天五夜，到了昭莫多（在今蒙古人民共和國烏蘭巴托東南），正好與費揚古軍相遇。費揚古在樹林茂密的地方設下埋伏，然後派先鋒把叛軍引到預先埋伏的地方，叛軍一到，便前後夾擊。叛軍死的死，降的降。最後，噶爾丹隻帶了幾十名騎兵逃走了。
經過兩次大戰，噶爾丹叛亂集團土崩瓦解。但是噶爾丹不聽康熙帝的勸告，繼續頑抗。隔了一年，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，已被他侄兒策妄阿那布坦占領；他的左右親信聽說清軍來到，紛紛投降。噶爾丹走投無路，就服毒自殺了。
從那以後，清政府重新控製了阿爾泰山以東的漠北蒙古，分封了當地蒙古貴族稱號和官職。隨後，又在烏裏雅蘇台設立將軍，統轄漠北蒙古。
後來，噶爾丹的侄兒策妄阿那布坦攻占了西藏。1720年，康熙帝派兵遠征西藏，驅逐了策妄阿那布坦，護送達賴喇嘛六世回藏。以後，清政府又在拉薩設置駐藏大臣，代表中央政府同達賴、班禪共同管理西藏。