經過兩次慘敗，噶爾丹精銳主力喪盡，財產所剩無幾，大本營伊犁又被侄兒佔領，已經到了山窮水盡的地步。
康熙三十五年（1696年）九月，回京才三個月，康熙又坐不住了，他決定再一次御駕親征。這次親征很顯然比上兩次要輕鬆多了，康熙沒有像上次那樣帶著大軍在沙漠里穿行，而是直接來到歸化城（呼和浩特市）視察。十一天後，康熙前往鄂爾多斯打獵，還到處散發這個消息，實際上是一邊打獵，一邊等待噶爾丹前來投降。
康熙之所以這麼悠閑，是因為噶爾丹已經失去了抵抗的資本，除了投降別無活路。康熙親自寫了一封招降書，印了幾百份讓人分發，所以康熙很自信噶爾丹一定會過來投降的，康熙對部下說：「即使噶爾丹不來投降，他的部眾必然潰散，紛紛前來投降。」為此，康熙命令費揚古停止對噶爾丹進行征剿，旨在給噶爾丹投降的時間。
確實，噶爾丹主力部隊被殲滅，大本營又被侄子佔據，之前控制的一些區域紛紛脫離噶爾丹的控制。噶爾丹想回伊犁，又擔心侄子吃掉自己；南投西藏，又嫌路途太遠，中途很多地方都被清軍控制；噶爾丹也想投靠俄羅斯，但是又怕沙俄不敢接納自己。結果，只好像孤魂野鬼一樣在草原上晃蕩。
昭莫多戰失敗後，噶爾丹也做過一些努力，收集殘兵，還形成了五千人的軍隊。他帶著這些人在台庫勒舉行一次會盟，商討今後的決策。在會議上，噶爾丹這個失敗的強人還是統一了思想，不過他並沒有能解決內部矛盾，先後有不少人馬叛逃，脫離他的控制，正如康熙所料。
但康熙很顯然低估了噶爾丹的生存能力，在入冬前，噶爾丹已經趕到薩克薩圖古時克，這裡野獸很多，解決了噶爾丹生計上的困難。噶爾丹的流浪軍團居然在這裡渡過了嚴寒的冬天。
康熙等了很久，始終沒有等到噶爾丹，不過他等到了噶爾丹的使者寨桑格壘，這人是噶爾丹營帳中為數不多的外交高手，多次跟清廷打交道。使者表示噶爾丹願意投降。康熙則表示噶爾丹必須親自來投降，康熙給噶爾丹七十天的時間，如果七十天後噶爾丹沒有來，即將發大軍征剿。
噶爾丹是個不折不扣的頑固派，從沒真心打算投降。當時，噶爾丹的部屬大多主張投降清廷，大家都說這個森林裡野獸雖多，但是我們來了以後，野獸都驚駭四散，以後沒法維持生計了。
噶爾丹沉默無語，丹濟拉等人勸他投降，噶爾丹都不同意。噶爾丹不僅不投降，還派遣使者去找康熙，讓康熙歸還以前投靠清朝的人。結果，這個使者不僅沒有完成使命，反而舉家投奔康熙。噶爾丹已經眾叛親離，雖然已經走上了窮途末路，但噶爾丹還是決定要與清廷對抗到底。
到了這地步，連最忠於噶爾丹的丹濟拉也脫離他，噶爾丹兩次召他，他都不理睬。他派人去召另一個親信杜哈爾阿拉布坦，結果杜哈爾阿拉布坦反而搶走了來人的馬駝。部族中的人散的散，背叛的背叛，有的人甚至配合清廷追剿噶爾丹，噶爾丹的侄兒甚至想抓住噶爾丹向清廷邀功。
面對這種處境，噶爾丹即使不死，也難成氣候了。就在康熙從寧夏坐船返京的途中，收到費揚古的奏章：噶爾丹已死。
關於噶爾丹之死有不同說法，有的說是病死，有的說是自殺。費揚古和噶爾丹的手下都說是病死，但康熙對此很懷疑，認為噶爾丹是自殺。只有自殺，才能突出康熙在政治上的勝利，康熙想證明是自己擊敗了這個對手的生存意志，而不是什麼疾病。
回京後，皇太子舉行了盛大的歡迎儀式，文武百官在德勝門外跪迎凱旋的皇帝。
康熙三十七年（1698年）九月十二日，噶爾丹的遺骸被運送到北京，懸掛在城門外示眾。不久，依照吳三桂的例子，挫骨揚灰，以警後來者。
這次戰役不僅維護了清廷內部的穩定，也擴展了清帝國的領土，清朝將邊境線延伸到阿爾泰山一帶，並將廣闊的喀爾喀蒙古正式納入版圖中，清帝國的領土達到一千三百多萬平方公里。