漠北蒙古喪失，漠南蒙古就成為抵禦噶爾丹的重要屏障。
在決戰之前，康熙依然按照自己的套路先招撫噶爾丹，他屢次派遣大臣對噶爾丹做思想工作，收效甚微。他又要求達賴喇嘛派出一個有名望的喇嘛和清廷大臣一起勸說噶爾丹以和為貴。
噶爾丹在禮節上對清廷使者優待有加，表現得特別恭順老實，並聲明自己也是大中華家族的人，自己就是皇帝的臣民。一方面態度極好，另一方面任何實際行動都不採取，恭順層次僅停留在言語上，這正是康熙的老祖宗努爾哈赤當年玩的把戲。
經過長年的征戰，噶爾丹手下已經有幾十萬大軍了，實力是外交的本錢。噶爾丹仗著自己勢大力強，公然拒絕康熙的建議，他對使臣說：「我若與土謝圖汗講和，那我弟弟的命，誰來賠償？我一定會滅掉喀爾喀的，抓住哲布尊。」
噶爾丹已經得到西藏達賴的支持，他進一步謀求沙皇的支持，噶爾丹幾乎每年都要派人進入俄國，希望跟俄國建立軍事同盟，並得到俄國的槍炮資助。俄國方面也是來者不拒，只要有甜頭的事情都干。
尼布楚條約簽訂的第二年，噶爾丹就讓使者帶著信去見戈洛文，希望戈洛文能夠出兵協同作戰。戈洛文則保證俄國軍隊會用實際行動支持，對此，康熙保持了高度的警惕。他一方面謀求和平途徑解決問題，另一方面命令親王福全對噶爾丹準備南下的大軍進行抵禦。八月，康熙又命自己的舅舅侍衛內大臣佟國維、領侍衛內大臣費揚古、理藩院尚書阿喇尼監視噶爾丹的動向，同時，康熙還命令蒙古各部落集結，隨時聽候調遣。
康熙二十九年（1690年）五月，噶爾丹帶兵四萬，沿著克魯倫河下遊行軍，渡過烏爾扎河，揚言借兵俄羅斯，一同滅掉喀爾喀。康熙立即致書俄國沙皇，質問道：「噶爾丹揚言和你們會兵，共同入侵喀爾喀。喀爾喀已經歸順了我大清，如果誤信了謠言，這可是違背誓言重新開啟兵禍了，希望你們儘快停止這種可能導致兩國紛爭的行動。」
上次兩次雅克薩之戰的慘敗，讓沙皇對康熙始終心存畏懼。收到康熙的警告，沙皇最終只好收斂，不敢出兵。
噶爾丹是一個猛人，沒有沙皇贊助，也絕不會放棄軍事計畫的。六月，噶爾丹沿著格爾格河進軍，來到烏爾會河畔。理藩院尚書阿喇尼帶著軍隊緊緊跟隨噶爾丹，阿喇尼的任務是監視噶爾丹，康熙一再叮囑阿喇尼千萬不要和噶爾丹正面衝突，等各路兵馬聚集以後再前後夾擊。
不過，阿喇尼沒有遵守康熙的指示，後續部隊還沒到來之時，他就向噶爾丹發動了進攻。阿喇尼派遣了兩百個蒙古武士偷襲了敵人的前鋒部隊，然後派五百個喀爾喀人騷擾敵人護送牲口和輜重的隊伍。看到敵人的牲口和輜重，蒙古軍和喀爾喀軍爭先恐後地搶奪，軍紀一片混亂。看到部隊一片混亂，阿喇尼下令撤軍，可惜部隊已經混亂，不聽使喚。噶爾丹立即將部隊分成兩翼，布陣等待敵人。阿喇尼派遣清軍進攻，噶爾丹讓部隊齊發火器。清軍驚恐之下，連連敗退。
接著，噶爾丹兵分兩路夾擊清軍，清軍潰不成軍。阿喇尼擅自出戰讓康熙很憤怒，革去他的議政頭銜，並降四級。
七月，噶爾丹挺軍深入烏珠穆沁。康熙明白，必須重拳出擊了，他命令哥哥福全為撫遠大將軍，兒子胤禔為副將軍，從古北口出發；和碩恭親王常寧為安北大將軍，和碩簡親王雅布、多羅信郡王鄂札為副將軍，從喜峰口出發；康熙自己，則率領中路軍，親自征討噶爾丹。
康熙這次是鐵了心要將噶爾丹一網打盡，為了一舉摧毀噶爾丹，康熙屢次派使者去噶爾丹那裡，揚言要和談，實際是為了麻痹噶爾丹。
康熙的舅舅佟國維率領先鋒部隊，康熙對他說：「先遣部隊到達前線後，如果噶爾丹準備逃跑，你們一定要全力追擊；如果噶爾丹前來迎敵，千萬要穩住，不要主動跟他們硬拼。」
佟國維問：「那我們應該怎麼辦呢？」
康熙說：「你可以告訴噶爾丹，聖上特派遣和碩裕親王和皇子前來，和你和談，申明禮法，從此以後，結盟友好。」
康熙還讓人送給噶爾丹牛羊，噶爾丹也派人到清軍大營里，一再表示願意和清廷修好，秋毫無犯。與此同時，噶爾丹強烈要求清廷交還土謝圖汗和哲布尊等人，聲稱只要清廷做到了，自己馬上撤軍。
七月底，噶爾丹大軍深入離北京只有七百里的烏蘭布通，由此可見，噶爾丹根本不把康熙放在眼裡。清廷撫遠大將軍福全趕到時，噶爾丹已經佔據了有利地形——依林沮水，噶爾丹創造了一個非常有意思的陣形。他讓成千上萬的駱駝趴在地上，背上放著箱垛子，垛子上蓋著濕潤的氈毯，士兵們躲在箱垛子後面射箭，這個陣型號稱「駝城」。
清軍隔河列陣，徹底佔據了先進武器的優勢，他們用炮火瘋狂地轟擊對面的駝城，頓時炮火齊發，響聲震天，戰況激烈，從下午一直打到晚上，駝城被轟得七零八落，清軍騎兵和步兵同時出擊，將敵人的營壘全部攻破，但清軍也付出了慘重的代價，康熙的舅舅佟國綱就在這場戰役中中槍身亡。
由於夜晚已來臨，清軍不得不收兵。
晚上，噶爾丹的使者濟隆帶著七十多人來講和，竭力為噶爾丹開脫，濟隆說：「這事也不能完全怪噶爾丹，喀爾喀幾個部落的人也不太厚道，他們的部下無知，搶了我們的牲口。我們的汗不過是一個小頭目，怎麼敢在大清皇帝面前囂張。只不過他仇視土謝圖汗和哲布尊，才犯了錯誤，現在他已經不想索回土謝圖汗和哲布尊了。」
連夜，噶爾丹還派人送來一封親筆信，表示：「現在蒙皇帝示好，以後不敢再犯喀爾喀了。」明明是被打服了，還說是示好，噶爾丹不愧是個聰明人。
當時康熙不在場，福全相信了噶爾丹的謊言，自作主張，放了噶爾丹，還讓其他部隊不要阻截噶爾丹。就這樣，噶爾丹順利地逃脫。如果這時福全能夠大軍齊出，噶爾丹早就被擒獲了，後來那些麻煩就能避免。可惜，福全心地仁厚，相信了他，為了這事，事後他還受到康熙的責備，被革去議政並罰薪一年。
在逃跑這塊，噶爾丹表現出了不亞於戰場上的英勇，他連夜偷渡什拉穆楞格河，翻過大磧山，一路逃到科布多。雖然脫離險境，噶爾丹的部隊也遭受了重大的損失，只剩下幾千傷殘兵。
人已經逃走了，康熙本著窮寇莫追的原則，給噶爾丹發出了最後的警告：「以後不得再侵犯歸附清朝的喀爾喀一人一畜，如果違反誓言，必定追擊到底一網打盡。」