8月6日，农历七月初二，康熙帝宣布亲征，以皇长兄、裕亲王福全为抚远大将军，命皇长子胤礼为副将，出古北口北上，以恭亲王常宁(康熙五弟)为安北大将军，简亲王雅布、信郡王鄂札为副将，出喜峰口。其它几路兵马还包括阿拉尼部剩余清军、科尔沁方向清军、盛京和吉林方向清军等部队。
　　陪同出征的，还有皇帝的舅舅、内大臣佟国纲、佟国维，内大臣索额图、明珠等朝廷重臣。临行前，康熙帝还作壮行诗一首：“获丑宁遗类，筹边重此行。据鞍军令奏，横槊凯书成。烟火疆隅堠，牛羊塞上耕。遐荒安一体，归奏慰予情。”从诗文中看出，康熙帝充满了自信。
日期：2012-08-17 11:52:43

　　8月17日，康熙帝给噶尔丹敕书，命其退兵，为了麻痹噶尔丹，康熙帝还命福全给噶尔丹送去羊100头，牛20头，噶尔丹接命，反而从今锡林浩特一带南下，直到8月20日，得知清军正在从不同方向朝这一地域集结，完全是一副决战的架势。噶尔丹相当自负，决定就此与清政府决裂，8月22日，噶尔丹派使者传话，“夫执鼠之尾，尚噬其手，今虽临以十万众，亦何惧之有！”这等于是跟朝廷彻底摊牌，此后，噶尔丹率所部继续南下，于8月31日，抵达乌兰布通(今内蒙古克什克腾旗南部，临近河北省围场县)，离京城直线距离不过六七百里。

　　噶尔丹的南进，实际上是康熙帝所希望的，战场距离北京越近，清军的后勤线就越短，噶尔丹的后勤线就越长。但是，噶尔丹行进的方向的确有些出乎康熙帝事先预料，恭亲王常宁所部未能赶到乌兰布通，而其它几路部队中，被留用的阿剌尼率领残部3000人于8月下旬与福全会合，但科尔沁方向的2万余部队只来得及赶到乌兰布通以北方向，未能直接参加战斗。
日期：2012-08-17 12:08:57

　　乌兰布通之战，清军的后勤起了重要作用，汉地的人力物力优势，这是后体现出来了，清军兵强马壮，稳扎稳打，全无后顾之忧，而噶尔丹的数万骑兵，全无后勤，不耐持久。
日期：2012-08-17 12:52:53

　　噶尔丹派使者传话(给康熙）：“夫执鼠之尾，尚噬其手，今虽临以十万众，亦何惧之有！”

　　不以成败论英雄，平心而论，这是豪杰之言，掷地有声，赞一个！
日期：2012-08-17 13:08:58

日期：2012-08-17 13:09:29

　　康熙北征运粮图

日期：2012-08-17 15:22:26

　　乌兰布通是一座红色的小山，泡子河与哈而哈河从乌兰布通的西北汇入萨里克河，再向北注入西拉木伦河。乌兰布通山南坡是无法攀登的峭壁，北面则是一个可以攀登的陡坡，但易守难攻，噶尔丹部队“觅山林深堑，倚险结营”，布阵于山上林内，用上万头骆驼，缚住驼蹄卧于地面，驼背上加装箱垛，然后用毛毡渍水盖于箱垛之上，环绕乌兰布通山摆成一条防线，称为“驼城”，噶尔丹部队兵士从驼与驼之间的缝隙，使用从沙俄购买的火枪射击目标。而按照清军当时的弓箭和火枪威力，是难以穿透驼城的。

　　清军方面，福全率军在乌兰布通40里开外扎营，凡营盘四十座，连营六十余里，阔二十余里，“首尾联络，屹如山立。”清军各路参战部队，除科尔沁方向部队和盛京部队外，于七月下旬先后到齐，全军官兵连同厮役在内，约10万人。
日期：2012-08-17 15:23:23

　　9月4日，八月初一。黎明，福全率清军主力，自大营向乌兰布通方向出发，至中午，抵达乌兰布通西面河对岸，清军隔河布阵，列好火枪、火炮阵势，在战斗一开始，就集中火力轰击驼城，但由于驼城位于树林内，位置隐蔽，清军炮火很难做到精确，这与今天的炮兵作战一样，在尚未弄清目标具体位置时，火炮的杀伤作用都是有限的。在双方阵势相接的河两岸地域，噶尔丹军在隔河高处隐蔽防御，而清军则先要渡河，后要仰攻，因此，清军正面进攻的进展不大。

　　在组织正面进攻的同时，福全还派出了左右两翼骑兵，试图通过迂回包抄噶尔丹的侧后。但是，清军右翼被河岸沼泽所阻，只能返回原处，进展的惟一希望就落在了左翼方向，率领左翼的是内大臣佟国纲、佟国维两兄弟。佟国纲前一年刚刚与索额图一起参加了尼布楚会议，此时是一等公、镶黄旗都统、领侍卫内大臣、皇舅，以其身份，本不必在阵前冒险，但他以清军高级将领中少见的勇气亲自率兵沿河冲击，结果被敌方火枪击中阵亡，他也成为清朝二百年历史中地位最显贵的阵亡将领。

日期：2012-08-17 15:24:28

　　佟国纲中枪后，左翼军并未停止进攻，其麾下将领、前锋参领格斯泰挥舞战刀，“直入贼营，左右冲击，出而复入者再”，多次来往出入敌阵，并摸清了驼城的布局结构，这成了战斗的关键点，就是这位格斯泰，战时乘一匹康熙帝亲赐的白鼻战马，有旁人说白鼻马不吉，格斯泰则答曰：“效命疆场，吾夙愿也！何忌？”福全战后向康熙帝奏报，“方战时，亲见一将乘白鼻马三入敌阵，众皆识为格斯泰也。”当天傍晚，格斯泰等人乘胜追击至河岸时，陷于沼泽，“贼麋集，格斯泰力战，与迈图等皆殁于阵。”

　　在格斯泰等人的侦察下，清军火炮有了确定的目标位置，能够充分发挥威力，自下午轰击至日落，终于将驼城轰为两段，福全趁势从正面发动进攻，而此时，佟国维也已率军迂回至敌军后方，在清军的前后夹击下，噶尔丹军难以支持，遂以暗夜为掩护，退向山顶，并在隐蔽处施放冷枪。福全见天色已晚，且噶尔丹已处于清军包围中，即下令停止进攻，扎营转入防御。
　　此时，噶尔丹驼城被破，残余主力处于清军的包围之中，且补给不继，如果清军像前一天那样持续攻击，噶尔丹是难逃被全歼的命运的。但是，福全可能是受到了前一天恶战的影响，于次日命令将士暂时休息，停止进攻。对福全的这一决定，历来都是负面的评价，不过设身处地的替福全考虑，他这样做是有其原因的：皇帝不在前线，所有责任都要由自己承担，既然前一天已经击破了噶尔丹主力，那么基本的功劳是可以保证的。如果次日继续进攻，战局万一发生逆转，则自己前功尽弃。而次日不进攻，最坏的结果无非是噶尔丹逃跑，所以，停止进攻，对福全而言，是个人利益最大化的万全之策。

日期：2012-08-17 15:25:42

　　噶尔丹从清军的这一行动中，揣测出了福全的心思，派济隆作使者，前往清军大营讲和。向福全保证，噶尔丹已经知道了大清的厉害，将“仰体圣上仁心，休征罢战”。福全也趁机下台阶，向康熙帝报曰，“噶尔丹乃狡诈之人，虽不可全信，但战之次日，屡遣人来，必多窘迫。”他还向各路领军大臣发出印文，令大家暂时停战。当然，福全也有心夺取更大的功劳，他要求科尔沁方向的2万人向战场迅速靠拢，准备与主力一起夹击噶尔丹。

　　自然，精明的噶尔丹没有给他这个机会，趁清军攻势暂停的机会，噶尔丹在夜间率余部渡过萨里克河，经今天的内蒙古达里诺尔湖地区，疯狂向西北的漠北蒙古方向逃去，沿途还焚烧草地，以断绝追兵。虽然此前科尔沁、盛京方向的2万人已经到达其逃跑路线附近，但由于此前收到了福全的停战命令，并没有阻拦噶尔丹。噶尔丹得以顺利逃至今外蒙古境内，乌兰布通之战至此结束。