康熙十二年（1673年），在西藏当过喇嘛的厄鲁特蒙古准噶尔部噶尔丹除掉异母兄弟及其子侄，夺取准噶尔部汗位。到康熙十六年（1677年），噶尔丹武力征战四年，统一了漠西厄鲁特四部蒙古。噶尔丹的野心更加膨胀，还想进一步吞并西藏、青海和大漠南北蒙古。长期以来，沙俄在中亚地区大肆扩张，也想伺机将侵略触角深入我国蒙古地区。噶尔丹为统一厄鲁特诸部，早就与沙俄进行勾结，从沙俄获取军用物资和粮食、布匹等生活日用品。这时为实现“大蒙古国”和成吉思汗梦，噶尔丹更加紧投靠和依恃沙俄侵略势力。
康熙二十三年（1684年）以后，漠北喀尔喀蒙古发生内乱。早有吞并之心的噶尔丹趁机挑起准噶尔与喀尔喀之间的矛盾冲突，扬言“借俄罗斯兵且至”，实际上却按兵不动。康熙二十八年（1689年），清廷遣阿尔尼敕谕噶尔丹罢兵和返还漠北蒙古侵地，又约请西藏达赖大喇嘛从中斡旋调停都没有成功。康熙二十九年（1690年），噶尔丹不但不听康熙劝谕和达赖喇嘛的调停，反而带领精骑20000自呼伦池南下，杀进内蒙古前锋直抵距北京不到千里的乌珠穆沁部落。阿尔尼组织的内蒙古诸部抵抗失利，被迫南撤，京师为之震动。
康熙皇帝一方面谕令噶尔丹罢兵息战，归还喀尔喀蒙古故地，同时也加强了口外兵力，准备武装平叛。经派人调查和喀尔喀诸部的反映，他明白噶尔丹的崛起和对蒙诸部的杀戮吞并，严重地威胁着西北边疆各族人民的生存与发展；其投靠沙俄、引狼入室也严重威胁中俄西段边界的稳定和西北边疆的主权。总之，噶尔丹不除，大清的江山社稷就永无宁日。所以，康熙皇帝毅然决定跨马亲征——他正当英年，37岁。
康熙二十九年（1690年）七月，清朝大军兵分三路：第一路，左翼军出古北口；第二路，右翼军出喜峰口迎击叛军；第三路，阿尔尼率部与盛京、吉林满兵及科尔沁蒙兵出击乌尔会河口，是为侧翼。计划三路大军会师乌珠穆沁草原。康熙自率亲军驻扎博洛河屯地，节制调度诸军。八月初，常宁会阿尔尼清军将噶尔丹包围在乌兰布通与之决战。清军猛烈的炮火摧毁了噶尔丹布下的“驼城”，清军大队精骑掩杀而进，叛军横尸遍野，溃散鼠窜。噶尔丹带领残兵败将，在夜幕掩护下突出重围，第二天一早遣喇嘛向清军阵前求和乞降。康熙不准噶尔丹乞和之请，谕令进兵围追堵截残敌，而昏庸懦弱的福全未接到谕令，竟擅自同意叛军之请，撤回军队，放出噶尔丹北逃归路。当他接到康熙进击手令时已是噶尔丹逸窜之后的第6天，派出的追兵一路马无草食，脚力不济，无功而返，错过全歼残敌之机。当时康熙身染重病，不能继续驻跸风沙怒号的塞外指挥战争，只得班师回朝。
为了防备噶尔丹再次进犯，康熙三十年（1691年），康熙亲率上三旗和八旗前锋、火器、护军各二营清军，身披甲胄，跨马出巡塞外多伦诺尔，会盟大漠，南北内外蒙古接受朝觐。此次出巡会盟对外蒙行政官制进行了改革，又在多伦诺尔附近修建了汇宗寺以安置喀尔喀喇嘛。此举加强了清朝中央政府与外蒙地方政权之间的关系，也加强了反击噶尔丹内犯的力量。此后清朝皇帝巡塞会盟成为一项制度延续了数百年之久。民国时期虽无皇帝，但蒙古部众自动会盟的遗风犹存，可见康熙巡塞会盟影响之深远。
康熙皇帝对噶尔丹没有看错。噶尔丹逃回科布多老巢后，派人向清廷进贡请安，貌似恭顺，暗中则继续向沙俄求援，企图东山再起，卷土重来。康熙三十四年（1695年），康熙密谕内蒙科尔沁诸部，要他们姑且伪降噶尔丹，诱其深入，然后清军云集，欲一战歼灭之。是年九月，噶尔丹果然鬼迷心窍，率精兵3万沿克鲁伦河东犯，且扬言将借俄罗斯6万鸟枪兵大举进攻漠南。康熙皇帝知道这是噶尔丹在故伎重演，意在试探和麻痹漠南蒙古诸部，实则蹂躏漠北，观察动向，伺机南进。康熙是不会让噶尔丹得逞的，他要千里远征，深入敌后，给噶尔丹一个出其不意、措手不及的打击。
康熙三十五年（1696年）三月，康熙决定第二次亲征，他率领三支队伍出发。兵分三路，并命令东、中、西这三路大军约期会师瀚海（内蒙古呼伦贝尔湖）。由于风沙弥漫，路途遥远，中路军与其他两路大军失去了联系，康熙皇帝与将士们在茫茫的戈壁大沙漠风餐露宿，有一段时间连续几天滴水未见，要是再没有水，中路军将全军覆没。康熙皇帝学习过西洋地理学，他亲自相地寻找到了水源，使中路军渡过了最危难的时期。后来，行军途中又风闻沙俄派兵支援噶尔丹，大学士伊桑阿即坚请康熙回銮，遭到康熙拒绝。康熙怒斥这种惧怕困难、遇敌畏退的论调，他心中考虑的是全局，是西路大军的安危，是此次整个军事行动的成败，遂命令加快行军速度，向克鲁伦河急驰而去。到达目的地后，康熙遣人告诉噶尔丹：御驾亲征到此！噶尔丹两耳一竖：什么？皇帝会远涉绝漠，千里亲征？可登高一望使他不得不信，只见夕阳之下，黄幄龙纛，旌旗猎猎，刀枪林立，盔甲耀日，人啸马嘶，军容雄壮，这种阵势完全不似千里跋涉的疲惫之师！噶尔丹心下暗暗吃惊：康熙果然厉害，治军有方，用兵如神！他未等交锋即连夜遁窜。康熙亲率健锐轻骑猛追三天，直至拖诺山下。
噶尔丹逃到昭莫多正要喘口气，却遇上了先期而至的费扬古西路军。英主旄下无庸将，费扬古所率西路军长途行军，士饥马疲，且多为绿营步兵，若是互相冲锋对杀肯定会吃亏。于是，他避短取长，采用反客为主之法，以绿营步兵占据昭莫多小山，大队骑兵埋伏在附近丛林，只派前锋400骑迎战噶尔丹，且战且退，诱敌深入。此役沉重地打击了噶尔丹势力，使他从此便一蹶不振。
为了根绝后患，安定西陲，康熙三十六年（1697年）二月，康熙皇帝率大军西渡黄河，进驻宁夏，开始了第三次亲征。他派大将军萨布素和费扬古兵分两路，横越戈壁大沙漠，会攻塔米尔河流域。三月初，噶尔丹流窜到阿察阿木塔台地方，身边的随从只剩下一百余人，境遇非常窘迫，以捕兽为食，人瘦马乏，已是末路。不久，噶尔丹身死，其死因说法不一，有说暴病而死，有说服毒身亡。康熙皇帝得到噶尔丹的死讯，验明其骨，即安抚了西陲蒙古回回诸部，勒石狼居胥山以记三次亲征事功，五月班师回京。
康熙皇帝三次亲征大漠草原，历时七年终于平定了噶尔丹所属准噶尔叛乱，粉碎了沙俄分裂蒙古诸部、入侵西北边疆的阴谋。后来，康熙五十五年（1716年），噶尔丹的侄子策妄阿拉布坦又在沙俄的唆使支持下，率准噶尔蒙古再次叛乱，骚扰西北边陲，袭据西藏拉萨。康熙五十七年至五十九年（1718—1720年），康熙又派皇十四子率兵深入青海西藏，平定叛乱。经雍正到乾隆时期，清政府才最终削平准噶尔部蒙古叛乱，但是，康熙皇帝在其英年时期对准噶尔部叛乱的三次亲征则起了奠基作用。清政府以后在蒙古诸部中实行的主要制度，绝大多数都可以在康熙三次亲征前后找到它们的原形，有些制度是传诸久远的。康熙皇帝三涉绝漠戈壁所表现的英杰之气和耐苦精神，在古代帝王中是十分罕见的。