康熙二十二年（1683年）六月，施琅从桐山攻克花屿、猫屿、草屿，乘南风行驶并停泊到八罩。郑将刘国轩盘踞在澎湖，沿岸筑起短墙，购置了腰铳，环围有20多里作为壁垒。施琅派遣游击蓝理用乌船进攻，敌舰乘涨潮从四面涌合。施琅乘着楼船突入贼阵，被流箭射伤了眼睛，血从帕巾中溢出，但他督战毫不退却。总兵吴英接替了他，斩首了敌人3000多人，攻克了虎井、桶盘两个岛屿。紧接着施琅将100艘战船分列东西二路，派总兵陈蟒、魏明、董义、康玉率兵往东指向鸡笼峪、四角山，往西指向牛心湾，以分散敌人兵力。施琅亲自督领56艘船分成8队，以80艘船紧跟其后，扬帆直驰进去。敌方倾巢出来拒战，总兵林贤、朱天贵先入战阵，朱天贵战死。将士们从正中奋勇出击，从辰时战到申时，焚烧敌舰100多艘，溺死的敌兵不计其数，终于攻下了澎湖。
在攻战中，施琅显示出了他出色的军事指挥才能。他治军严肃整齐，通晓阵法；尤其善于水战，熟悉海上风向气候。在攻打澎湖时，一次施琅要出师，正好李光地想赶紧回去，就问施琅：“大家都说刮南风不利出战，如今就限在六月出师，为什么呢？”施琅说：“北风刮起来日夜都很猛烈。现在进攻澎湖，不可能一战就攻克下来。风起船只被吹散，将领如何指挥作战？夏至前后20多天里，风小，夜里尤为安静，战船可集中停泊在汪洋上。见机行动，不过7天，举事必定取胜。假使偶然遇有飓风，那么这是天意，不是人事先所能考虑到的。郑氏的将领中刘国轩最为勇猛，用其他将守卫澎湖，虽然战败，他们必定要再战。如今以刘国轩驻守，战败了就会胆怯，台湾就可以不战而下。”到作战时，东南方向起了云，刘国轩望见，说是将起大风，极为欢喜。可过了一会，雷声隆隆，刘国轩推开案桌，突然站起来说：“这是天命啊！我今日要打败仗了。”澎湖被施琅占领后，刘国轩逃回到台湾。
郑克塽得知澎湖失守，大为惊恐，遣派使者到施琅军前乞降。施琅上疏奏陈，康熙允许接纳郑氏。八月，施琅统率水军进入鹿耳门，到达台湾。郑克塽率领属下剃了头发，跪迎于水岸，缴出延平王金印。人们以为施琅一定会报父仇，对郑氏下毒手。施琅说：“孤岛新附，一有诛杀，恐怕人心反复无常。我之所以要含忧饮痛，是以国事为重，不敢顾及私仇啊！”
台湾平定后，施琅从海道向朝廷报捷。奏疏传到京师，正值中秋佳节，康熙赋诗表彰施琅的功勋，再次授他为靖海将军，封靖海侯，世袭永不废弃，还赐予御用袍服及其他衣服物品。施琅上疏推辞所封侯爵，请求按内大臣的样子赐予花翎，部里讨论说没有这样的先例，康熙命令不要推辞，并遵照他的请求赐予花翎。