康熙二十九年五月，康熙下令命太子，纳兰明珠，科尔坤监国，带着裕亲王福全，恭亲王常宁，佟国纲，胤褆出征，清廷发兵10万，采取分进合击的方略。
命福全为抚远大将军率左路、常宁为安北大将军率右路，分别由古北口、喜峰口出击；又令盛京科尔坤的父亲拜音柱将军出兵西进，协同主力作战。
康熙帝亲率禁旅进驻博洛和屯督军。
唐悦知道在历史上这一仗，因为清军粮食给养缺乏，情况恶劣，才让噶尔丹逃走，又有了二征，三征准噶尔，这次因为唐悦给父亲跟胤褆的提醒，所以准备充足，定要一鼓作气击杀噶尔丹。
康熙于七月十九日急令右路军会同左路将准噶尔军阻于高凉河北，令常宁移师归化，断其归路。
七月二十九日，福全得知准噶尔军屯于乌兰布通，整军前往。
准噶尔军列营于山坡上，因东西两翼无屏蔽，噶尔丹命将万余头骆驼捆绑在一起，构成\\\驼城\\\，士兵们藏身在驼城内，可攻可守一时让清军无法靠近。
清军及时调整部署，以火器兵为前列，步兵继后，骑兵为两翼。
八月初一，清军集中火炮轰击，火炮从天而降，骆驼遇火，吓得四散逃离，直接让驼城溃散，随后步兵正面冲杀，骑兵从左右迂回夹击，准噶尔军士兵大部分被当场斩杀。
噶尔丹也没想到大清的火炮居然可以射那么远，见势不利，准备行缓兵之计，派了使者向清军求和，在清军还没反应过来的时候，往渡沙拉木伦河北撤离逃跑，胤褆跟拜音柱早有准备，在其撤退的路上设置路障拦截，经过激烈战斗后，噶尔丹被胤褆射杀，当场毙命。（部分内容参考历史文献资料）
康熙知道胤褆把噶尔丹当场射杀后，高兴的拍案而起，大笑道“我儿胤褆真乃我大清第一巴图鲁，封其为直郡王，可享亲王奉例”。