概况乌兰布通，位于克什克腾旗（今内蒙古翁牛特旗西南）之西。该地北面靠山，南有高 凉河（西拉木伦河上游的支流），地势险要。
在清朝200多年的历史中，以游牧民族起家的中央政府很少担心北方游牧民族的威胁，然而，仅有一次，游牧民族的对手进袭到北京附近，原本从关外进入中原的清军，却需要再度出塞保卫关内的京师，这就是乌兰布通之战。
准噶尔部接近帝国心脏
准噶尔部是厄鲁特蒙古，也就是最早所说的漠西蒙古的四部之一。16世纪末至17世纪初，厄鲁特蒙古形成了准噶尔部、和硕特部、杜尔伯特部和土尔扈特部等四部。准噶尔部在伊犁河一带游牧，和硕特部在今乌鲁木齐及以东地区，杜尔伯特部在今北疆额尔奇斯河中上游地区，土尔扈特部在今新疆塔城一带。由于准噶尔部的游牧地均邻近伊犁河，水草茂盛，并且可以与中亚和内地通商，因此势力逐渐强大，逐渐开始侵袭其它部落。17世纪20年代，土尔扈特部不堪袭扰，自目前的中哈边境地区，西迁至当时尚无人控制的伏尔加河下游地区；后来，沙俄势力逐渐进入当地，并开始试图征服土尔扈特部，这才有了后来1770年渥巴锡领导的土尔扈特部起义，和土尔扈特部不远万里回归中国的壮举，当然，这只是题外话了。
当时的新疆，在首领巴图尔珲台吉的领导下，准噶尔部在17世纪前期继续扩张，于1637年，迫使和硕特部迁徙至青海，并于1640年联系喀尔喀蒙古(即漠北蒙古)召开双方大会，重新安排了蒙古各部落之间的权力关系，加强了准噶尔部对蒙古各部的影响，此外，还对西部、南部的哈萨克、柯尔克孜等民族地区发动战争，使准噶尔部的势力不断扩张。
此时，内地正是明末清初的混乱时期。由于蒙古与满清的亲密关系，故准噶尔部在清军入关之前就与清政权建立了通贡关系。清军入关后，巴图尔珲台吉与厄鲁特各部首领一起联名向满清附表上贡，并建立臣属关系，此后，准噶尔部和清朝中央政权之间来往不断，关系较为和谐，这种情况一直持续到康熙十年(1671年)。
康熙十年，巴图尔珲台吉的第六子噶尔丹在内乱中掌握了准噶尔部的统治权，这是一个雄心勃勃的首领。他的政治目标，是要征服漠北的喀尔喀蒙古，进而征服整个蒙古，重建统一的蒙古汗国，必要的时候不惜和中央政府发生战争，为了对抗中央政府，噶尔丹向正在东向扩张的沙俄靠拢，寻求沙俄帮助。这一时期的沙俄，也正处于东向扩张的高峰，有噶尔丹作为其扩张的助手，是其求之不得的好事。康熙二十六年，沙俄的东进部队与喀尔喀蒙古发生冲突，沙俄使者建议噶尔丹与沙俄联手进攻喀尔喀，久已等待这一机会的噶尔丹立即组织兵力，于康熙二十七年，率领3万大军，越过杭爱山，向漠北喀尔喀蒙古地区进攻。
从地图上可以看到，噶尔丹自新疆对漠北地区的进攻，正好与沙俄自贝加尔湖向南的进攻构成钳形攻势，使正在与沙俄作战的喀尔喀军腹背受敌，喀尔喀首领土谢图汗难以抵挡两面攻势，只能撤回在北线与沙俄作战的部队，沙俄随即由贝加尔湖向东大幅度扩张，这直接导致尼布楚谈判时中方做出巨大让步，最终确定以尼布楚为界的结果。
收缩防线的喀尔喀军也试图进行抵抗，土谢图汗集中兵力在今乌兰巴托以西地区与噶尔丹进行了会战，但力量差距过于悬殊，经过三天的战斗，全军溃散，喀尔喀蒙古各部最终决定内附清朝，遂向南撤退，进入今内蒙古境内。
此时，本已获得极大收益的噶尔丹得陇望蜀，派使向沙俄要求，共同进入内蒙古地区，追击喀尔喀各部，“博硕克图汗希望沙皇陛下军队与他的兵力会合，共同打击上述蒙古人，将其彻底消灭。”沙皇在远东的代表戈洛文对此建议也深感兴趣，他说，“……沙皇陛下可根据博硕克图汗的进攻形势，从沙皇陛下边境城市，从色楞格斯克、乌丁斯克、涅尔琴斯克(即尼布楚)以及其它城市发兵进攻蒙古人。”由于尼布楚原本即位于中俄边界，戈洛文的说法，实际上意味着俄军可能趁噶尔丹内侵的机会侵略中国本土。
康熙二十九年，公元1690年春，在沙俄的暗中怂恿和支持下，噶尔丹率军进入了今内蒙古呼伦贝尔地区，对附近多个部落进
行了袭击和劫掠，随后，转向南进，进入了今锡林浩特地区，这里距离北京不足千里，已经威胁到了帝国的心脏地带，这是中央政府难以容忍的。
康熙大帝皇城布阵噶尔丹南侵的消息传到内地，北京市民首先有了反应，城内外商铺大多关门停业，“米价至三两余”，似乎准噶尔军很快就要攻至北京一般。
皇城中的康熙帝，刚刚完成了收复雅克萨、签订 《尼布楚条约》 的工作，此时三藩已定，台湾亦已统一，三十七岁的康熙帝经过几场内外战争与常年政治斗争的历练，已经成为了一位非常老练的政治家与战略家，他接连做出了一系列决定，开始准备解决准噶尔部问题。
首先，康熙帝派人到俄国，与沙俄交涉，防止沙俄干涉此战，由于此前几年，中俄之间有了两次雅克萨之战的历史，沙俄清楚中国的实力不可小视，故在中方交涉后，始终未向噶尔丹提供任何兵力上的援助，武器和财物的援助也极为有限，其中最重要的是取消了原定向噶尔丹出售3000支滑膛枪的决定，这对后来的战事影响颇大。
断绝了可能的俄援之后，康熙帝又从分裂准噶尔部的内部着手，通过利诱，策反了噶尔丹随军出征的侄子策妄阿拉布坦，策氏在噶尔丹前往乌兰布通时，带五千人返回了准噶尔部起家的伊犁河流域，击败了噶尔丹的追兵，“尽收噶尔丹之妻子人民而去”，这等于端掉了噶尔丹主要基地，使噶尔丹自此失去了最重要的后勤补给来源。
在进行政治外交筹划的同时，康熙帝也深知，与噶尔丹的恶战不可避免，为此，康熙帝调动各地兵力，向可能的决战地集中。当时，噶尔丹如果突进内地，可能的进展方向有三，第一是进入辽宁，第二是袭击北京，第三是进攻山西北部。由于晋北多山贫瘠，实际上可能的进攻方向只有前两个。
4月，康熙帝命令从鄂尔多斯、归化(今呼和浩特)、内喀尔喀右翼等地调6800人，携16门火炮，由理藩院尚书阿剌尼和兵部尚书纪尔他布率领，前往今内蒙古乌兰浩特地区驻守，此后，又命科尔沁亲王率领各路集结的近两万部队，前往科尔沁草原一带建立防御。这样，就防止了噶尔丹率部从蒙古直插辽宁，避免了清朝关外“龙兴之地”受到威胁。
在调兵的同时，康熙命令从古北口开始，向各路北方部队设立驿站，动用大批骆驼队运输军粮，保障了后勤和通讯的畅通。
在得知噶尔丹已经进入内蒙古后，康熙帝下定决心，在内蒙古地区会集各路部队，争取围歼噶尔丹军。为了防止噶尔丹北逃，6月22日，康熙帝派使者前往噶尔丹军中，令使者对噶尔丹“婉言相慰，羁縻其前行，勿怒而激之”。另一方面，则通知阿剌尼，如果噶尔丹退兵，则努力阻止，若噶尔丹强行北逃，再发兵追击。
但是，阿剌尼和纪尔他布可能误会了圣意，于7月26日在乌尔会河(今内蒙古乌兰浩特西乌拉盖尔河地区)擅自与噶尔丹军交战，此时噶尔丹有2万骑兵，而清军仅有不到9000人，且阿剌尼严重轻敌，只带了200蒙古勇士和500喀尔喀兵向噶尔丹军进攻，结果“未及战，诸扎萨克及喀尔喀兵争取其子女牲畜，阵动不能止。”而噶尔丹军在两翼使用火枪交叉射击，将清军主力击溃。当时在噶尔丹军中的俄国使者回忆，噶尔丹“大杀中国军队……缴获大车五百多辆以及全部辎重”。阿剌尼等人被迫率残部逃走，后被皇帝降四级调用。
初战不利的消息传到北京，康熙帝极为不悦，他于8月5日强调，各路军会合前不得与噶尔丹交战，“大兵陆续前进，朕亦亲征，姑勿与战，以待各路军至齐发，毋致失利。”
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。
从“歼灭战”到“击溃战”8月10日，福全率清军主力自北京出发，随后，康熙帝于8月18日自北京出发，计划随后到达前线，但是，8月22日，康熙帝不慎受了风寒，身体开始发热，至27日，身体依然低烧，只好“从诸臣之请”，返回北京，次日，皇太子胤礼来迎，康熙看到胤礼并无忧戚之意，“绝无忠爱君父之念”，心中非常不快，遂令胤礼先行回京，自此埋下了后来太子立废的伏笔。这件事情虽与后来乌兰布通的战役无关，但却极大的影响了清中期的政治发展。
为了确保计划成功，离京后的康熙帝想方设法稳住南进的噶尔丹，8月17日，康熙帝给噶尔丹敕书，称阿剌尼等的进攻纯属自作主张，已经受到了责难，又称福全的北进“非讨汝也，欲定议耳”。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，结果，噶尔丹果然从今锡林浩特一带南下，直到8月20日，才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。
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。
双方的战斗，随之展开。
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。佟国纲下葬时，康熙帝要亲自前往送葬，结果被诸大臣劝阻(皇帝按礼制是不应为臣子送葬的)，康熙帝乃派诸皇子和大臣前往送葬，并亲自撰写了祭文，直到雍正时，雍正帝还在继位之初为佟国纲追赠“太傅”称号。在佟国纲的功名荫庇下，佟氏子孙中多见某省巡抚、某某总督、某某将军等职衔，佟氏家族成为极为显赫的门族，至今，泡子河在乌兰布通当地还被称为“将军泡子”，以纪念佟国纲(佟国纲也曾被任命为安北大将军)。
英雄出现的场合，通常也会有懦夫，史载，战斗中，正白旗副都统色格印“彼则大惧，故推受暑下马。其家人愤曰：‘身为二品大臣，如此临阵退怯，归去何颜见人耶？’扶之上马。色格印复下马，卧于草内。及回营，犹战栗不已，身披甲胄，蒙被达旦。因此伊所管兵丁，无不耻笑”。除去这位副都统大人外，更有许多将领，为了自身安全，抽取所部精装兵士作为贴身护卫，而清军统帅部门是按照编制集结调动部队的，结果导致当天清军实际参加一线战斗的兵士人数大为减少。康熙帝后来回忆时也提到，“出征乌兰布通时，……索额图、明珠选勇士数百人近身防护，勇士云：‘挑选我辈原拟获战获追，讵意只令防护？’共生忿怨。”
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。
噶尔丹从清军的这一行动中，揣测出了福全的心思，派达赖喇嘛的弟子济隆作使者，前往清军大营讲和。济隆利用达赖的招牌，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。
乌兰布通一战，虽然打成了击溃战而非歼灭战，但依旧是对准噶尔部的沉重打击。类似噶尔丹所率军队，由于其经济基础是建立在游牧文化之上，故此首领与下属之间并无中原文明那样绝对的从属关系，其之所以能够号召聚集数万准噶尔兵马，实质上依赖于战争的不断胜利，可以带来大量的战利品和虏获品。但是乌兰布通的战败，使噶尔丹失去了这种号召力，大量人员脱离部队，雪上加霜的是，噶尔丹在北逃途中，部队出现了瘟疫(这种瘟疫很可能是由内地军队带来的，当时的少数民族对内地传染病的抵抗力非常弱，这也是康熙在承德建造避暑山庄接见少数民族代表的原因之一)，再加上缺吃少穿，噶尔丹所率军队的总人数减至几千人。次年春天，在前方的上奏中提到：“噶尔丹去年败走以来，日以北徙，人畜屡毙，劫掠无所获。近者噶尔丹亲率兵来劫喀尔喀，至阿尔哈赖地方，又无所得，皆徒步而返，困敝已极。”可以说，乌兰布通战役实际上已经摧毁了噶尔丹的元气，后来的昭莫多战役，只是给噶尔丹的反叛划上一个句号而已，双方军队几乎没有真正的交战。
骑兵加火器，冷热兵器的结合交替乌兰布通之战的成败之处，都与康熙的决策有关。
从政治观点看，康熙帝的指导方针无疑是正确的，其战前所订计划，归根结底就是力争“围歼”。这是出于对当时整个国家形势做出的判断：首先，此前十年，帝国先后经历了多场内外战争，“三藩之乱”、统一台湾、两次雅克萨之战，都耗费了大量的人力物力，“夫兵久而国利者，未之有也。” 噶尔丹在新疆、漠北等地时，如果劳师远征，兵少则不敷用，兵多则势必又是一场异常耗时耗饷的战争。康熙帝是想利用噶尔丹最为接近帝国统治核心的时机，用兵力上的绝对优势，利用相对最短的补给线(距离北京只有千里)，争取将其全歼，一劳永逸的解决准噶尔部问题。
但是，从决策理论的角度看，康熙帝计划的可操作性略显不足，速决的前提，并不仅仅是兵力优势，还包括战备、指挥等多方面的因素，制订计划时，应该充分考虑己方的实际能力是否能满足计划的要求。实际上，以当时清军的装备、训练，以及将领的临阵指挥，都不足以完成战前制订的合围计划。用现代的观点评判，就是康熙帝制订了一个精致的计划，但却略有些脱离实际，特别是在几个关键点上出现问题后(特别是科尔沁、盛京方向部队未能实现有效的合围，以及福全的临阵犹豫)，计划即无法实现。
从军事上看，乌兰布通之战，暴露出清军八旗部队在顺治以后，战斗力逐渐下降。根据现有史料，当时噶尔丹军作战远距离主要依靠火枪，贴身时才使用刀矛等冷兵器。但清军却缺乏应对火器的经验，按照康熙帝的评价，“我军近与厄鲁特战，排列太密，为贼人乱枪所中。且进退并不鸣笳。此皆不习战阵之故也。”实际上，在清朝初创时，由于早先明军装备的火器数量多，威力大，清军应有丰富的对付火器防御的经验，但随着时间的推移，这种经验并未像现代军队中的条令、规定那样，以文字的形式流传下来，而是逐渐散失了，此外，清军除少数精锐部队外，普遍缺乏训练和纪律，这是清军进攻乏力的重要原因。
此外，此次战役证明，火器已经逐渐成为战争中的主要武器，连一贯游牧骑射的厄鲁特蒙古军队，都已经以火枪为主要武器，清军能够击破驼城，也主要靠此前传教士南怀仁等人监造的西式火炮(也就是民间传说中的“红衣大炮”)发挥了威力，康熙帝也意识到了这一问题，于第二年，在北京建立了八旗火器营。但是，中国自然科学的停滞，以及闭关锁国的社会环境，导致火器设计和制造技术长期原地踏步甚至退步，这种情况一直持续到鸦片战争爆发。
