康熙二十一年（1682年）十月，清政府平定了“三藩”之亂後，施琅終於在李光第等大臣的力薦下，複任福建水師提督之職，加太子少保銜。他受命返回福建，相機進取台灣。施琅回到廈門後，便“日以繼夜，廢寐忘食，一麵整船，一麵練兵，兼工製造器械，躬親挑選整搠”，曆時數月，使原來“全無頭緒”的水師“船堅兵練，事事全備”。
康熙二十二年六月十四日（1683年7月8日），施琅率領水兵2萬餘人，大型戰船300餘艘，中小戰船230餘艘，從福建銅山(今東山)海域揚帆起程，一路乘風破浪，鋒芒直指台灣的戰略前哨澎湖列島。
鑒於以往的教訓，施琅把選擇出兵的季節、時間、風向等條件作為一件大事，派專人查閱氣候資料並進行了海情和風向、風力的實地觀測。攻台之前，清軍製定了詳細的作戰計劃，但在選擇北風還是南風的風向出兵這個關鍵問題上，軍內存在不同意見。施琅認為：台灣地區高溫多雨，特別是在偏南風向下，風速和緩順暢，因而有利於舟師橫渡海峽。他多次向皇帝上書陳述自己的意見，就南風和北風對航海軍事的影響優劣做了比較。他說：“乘夏至南風成信，當即進發搗巢。蓋北風剛硬，驟發驟息，非常不準，難以預料；南風柔和，波浪頗恬，故用南風破賊，甚為穩當。”他的理由最終說服了康熙帝和其他將領。
施琅把平台的首選目標定在澎湖是有其原因的。台灣本島地域狹窄，缺乏戰略縱深，澎湖就成為其外圍防禦的惟一屏障。台軍主帥劉國軒也認識到了這一點，將台軍主力悉數擺在澎湖，並建立了堅固的防禦工事，還在媽宮、風木匝尾、西嶼頭、牛心灣等要衝地點加築炮城14座，沿海築造高牆深溝20餘裏，安設銃炮，準備與清軍決戰。麵對台軍的嚴防死守，施琅采取了靈活的作戰方針，將清軍分為三路，以左右兩翼牽製敵人，主力居中直搗敵陣船隊。
7月9日，清軍到達澎湖八罩島(今望安島)，並停泊於此。從10日起，清軍向澎湖島台軍發起攻擊。清水軍迅速利用有利的西南風向條件，使用“五點梅花陣”，用多艘戰船圍攻台軍一艘，集中兵力作戰。“炮火矢石交攻，有如雨點，煙焰蔽天，咫尺莫辨。”清先鋒藍理率7船衝入台軍中，共擊沉、焚毀鄭氏船隻14艘，焚殺鄭氏官兵2000餘人。這時的劉國軒卻缺乏主動進攻精神，把勝利希望完全寄托在颶風上，因而幾次坐失了主動出擊的良機。澎湖一戰，清軍先後焚毀、擊沉和俘獲台軍大小船隻近200艘，殺死台軍將領、頭目300餘名，士兵12000餘名，另有165員將領和4800名士兵倒戈投降。劉國軒隻是仰仗地形熟悉，才從水淺礁險的吼門島嶼乘水漲風順之時，帶領31艘小船逃回台灣。此役，清軍陣亡官兵329人，負傷1800餘人，船隻毫無損失。施琅一戰定澎湖，殲滅了台軍精銳部隊，打開了台灣島的門戶，鄭氏敗局已定，島內人心大震。
清軍澎湖之戰之所以取勝，與施琅的指揮得力是密不可分的。施琅曰：“夏至前後二十餘日，風微，夜尤靜，可聚泊大洋，觀釁而功，不過七日，舉之必矣。”因此，在渡海時間上，他敢於選在多台風，刮西南風的7月上旬出航。在渡海的航路上，施琅把出航點選在靠南的東山島，這樣可以利用盛行的西南風，使戰船始終處於順風順流的有利陣位。在氣象科技尚不發達的17世紀，施琅就能如此靈活地運用氣象資料，趨利避害，因勢利導，取得清朝著名的澎湖之戰勝利，真是難能可貴。