另一路常宁、马思哈很快前来与福全会合。由于路程遥远和行动迟缓，科尔沁土谢图亲王沙律、达尔汉亲王班矛及内大臣苏尔达指挥的科尔沁、盛京、多拉的军队，战前仍未赶到。
为了汇合各路大军一起，集中优势兵力一举击毁噶尔丹，康熙继续派出谈判代表，前往噶尔丹，对他进行麻痹和牵制。裕亲王作为使臣遵照康熙关于“其遗牛羊，以老其锐气，疑其士卒”的指示，作为礼品送噶尔丹羊百头、牛二十头，并附信给噶尔丹说：“我与汝协护黄教，利好有年，今汝我喀尔喀入我汛界，圣上特命我等论决此事，永久和好。”同时建议“各遣贵显大臣定议”。
噶尔丹也并非一介武夫，只会弯弓骑射，在政治上也是一个成熟、老练、狡猾的人，他也派出使者到清军中来，申述“兰入汛界，索吾仇而已，弗秋毫犯”，表示愿同清廷“进信修好”。他说的“进信修好”是有条件的，就是得把土谢图汗及其子哲卜尊丹巴交出来，如果答应这些，他才可以班师回巢。
就在噶尔丹打出“进信修好”的旗帜下，噶尔丹为了进入乌兰布通，举行庄严的祭旗仪式，那个身披袈裟、脖挂佛珠的达赖喇嘛的和平使者济隆，不但不阻止噶尔丹进攻，反而帮助他择定战日，为其祭旗诵经。
噶尔丹自从打败阿喇尼，自觉天下无敌手了，更加趾高气扬，不可一世，他扬言说：“夫执鼠之尾，尚噬其手，今虽临以十万众，亦何惧之有！”他认为清军不堪一击。
二十七日，噶尔丹指挥他的大军首先抢占乌兰布通峰，居高临下占据有利地形。这里距抵达吐尔埂何的清军先锋仅有30里。
这时，抚远大将军福全，传令传旨，说：“在此地扎营！”
乌兰布通以四千里之地，为清朝四大牧场，草地上有畜牧百宗万头，同时又距清朝最大的演兵场——木兰围场四十多里，对于清朝的将军们来说，这里的地形他们是熟悉的，如果打过来，武器补给、物资、食品补给都是方便的，是双方都想抢占的地方。
康熙为了打赢这场战争，尽快剿灭噶尔丹，以清沙漠，于七日十四以“巡幸边塞”为名启驾亲征，在福全行过的路线上北上，由于过分劳累，再加上路上饮食不周，他一下患上了重感冒，头痛目赤，发热、恶寒、胁痛。太医虽开了麻黄附子细草汤，去伤风头痛，开腠理，解表发汗，散下焦蓄血，止逆上气，泄邪恶气、通阳去瘀，运行水气，泻肺实，除百毒。可是吃了几付也没见奏效，护驾大臣们，都劝说康熙回朝，可是他在高烧中仍然坚持行军，过了鞍匠屯，二十日抵达博洛和屯，他的病情更加恶化，扈从群臣一下都跪倒在皇帝榻前，哀求他回朝调理，康熙皇帝这样才不得不同意回京，临行时，他又把对前线的进攻、联络、供应等细节一一做了具体指示，并为军队增加了炮兵及鸟枪兵五千人。
本来好多亲王、大臣们是不同意皇帝亲征的，而大将飞扬古上奏说：“启奏陛下，噶尔丹虽然窜犯汛界，现在离京仅有七百里了，可噶尔丹毕竟是个叛匪，他没有三头六臂敢碰我们八旗大军，圣上如果能御驾亲征，那将激励全军上下，人人会为讨平噶尔丹争立战功的！”
他的这番话，举座皆惊，大家议论纷纷，认为怎能让皇帝去西北呢？
“我们不能让皇帝御驾亲征，沙漠、水草、气候变化异常……”好多大臣说。
可是对于把国家安危集一身的皇帝，对于飞扬古的上奏点头微笑说：“臣的话正合我意，你说得很有道理，还有什么想法都说出来，让大家听听。”
飞扬古回皇上话说：“臣知道皇上一直在等待时机，现在国家得到了空前的富强，民族团结融合，在军事上，力量强大，粮草充足，皇上所颁布的永不加赋的圣旨，更得民心，这样万众一心的情势下，皇上亲征获全胜，扫清西北孽瘴，海清河宴，共达升平！”
“好，朕接受你的好建议，亲征！”康熙道。
接着，康熙宣谕礼部，准备留京和从驾入选一切事宜。
五天之后，按照礼部制定的程序，先是进行“吉礼”，祭告了天坛、太庙和太岁神。
然后，在午门外的五凤楼进行阅兵，在这里皇帝向全国臣民谕告：“噶尔丹十多年来不断与罗刹勾结，东侵中原，兼并蒙古，毁我城池，杀我人民，破坏统一，朕今亲率大军30万，共讨国贼，不灭噶尔丹，誓不还朝！”
现在，乌兰布通大草原一下出现了新的景观：四十多座营盘，连营六十里，宽二十多里，首尾相顾，联络畅通，好像一座街衢巷陌井井有条的市镇。
马思哈在《出师塞北纪程》一文中，是这样记述当时噶尔丹临阵情形的：“布阵于山冈，以骆驼万千缚其足，便卧于地，背加箱垛，毡积水盖其上，排列如栅以自蔽，谓之驼城。于栅隙注矢、发枪、兼施钩矛，以待清军。”
在噶尔丹抢占乌兰布通有利地形后，颇为得意，他坐在山上，用他的“驼城”，以逸待劳。
和硕裕亲王抚远大将军福全，在战前召开了军事会议，决定八月一日拂晓，开始进攻！
“嗵”的一声炮响，飞向对岸的噶尔丹“驼城”阵地，这是进攻的信号，接着炮声隆隆，八旗大军的火器怒吼了，声震天地，敌人的阵地上，腾起一柱又一柱的尘土、烟灰，以及人和骆驼的肢体……
噶尔丹在山上，指挥着他的鸟枪手、炮手、弓箭手，在“驼城”的掩体间隙中，向清军还击，很多战士倒在了血泊里。
看来噶尔丹的“驼城”确如铜墙铁壁，很难攻克，有些战士产生了畏惧情绪。在这时，国舅佟国纲挺身而出，自告奋勇愿做先锋打头阵。他说：“骆驼阵这种东西，不是噶尔丹的发明，前人用过，不是不破之城，我们用炮火轰击，然后用骑兵冲杀，我相信这样能把噶尔丹消灭掉！”
这是一个既有外事斗争经验，又有武装斗争经验的文武双全的将领。
福全在阵前批准了佟国纲的请缨，作为先锋冲入敌阵。
八月一日下午，福全令旗“哗”的一下在空中展开，紧接着双门大炮立刻飞向敌军的“驼城”，很快那里形成了浓烟、火海。
炮声刚停，1000多名火枪手向“驼城”进行发射。
被捆绑四蹄，上履箱垛、湿毡的万余骆驼，听见炮声，畏惧万千，有的挣脱出来，鼠突豕奔，有的被炮火烧着，不顾一切踩着噶尔丹士兵的身体，嚎哞着……
福全的令旗挥动，又是一阵炮火，落在了放人的阵地上，“驼城”已被打开许多缺口，一分为二，驼阵开始崩溃，正在这时，只见佟国纲飞身上马，挥着战刀，率领前锋，第一个冲进“驼城”敌阵，同噶尔丹的兵马展开肉搏血战。
紧随佟国纲冲入敌阵之后，清军的步兵、骑兵也乘势飞驰进入“驼城”，福全又指挥左翼兵绕山横击，敌垒一个一个的被攻破了，而清军也失去了前锋参中斯泰、前锋统领迈图，以及四十多名炮手，几百名战士。
佟国纲横扫敌军如卷席，这时被山上的噶尔丹发现了，他指挥他身边的火炮手说：“向清军先锋头领开枪！”
噶尔丹的军队虽然没有南怀仁制造的那种火炮，但他们的火枪却是来自俄罗斯，比清军的先进，射程既远，准头又好，一颗罪恶的子弹打中了佟国纲，他从马上跌下，血从他的腹部流出来，染红了地上的青草。
“佟国舅——”人们顾不得枪林弹雨围上来，进行抢救，把他很快抬出“驼城”，由军医进行救治。
“舅舅！”福全上前大叫着。
佟国纲睁大了眼睛，嘴角颤动，说：“不要管我，去追噶——尔——丹！”
说完，佟国纲无力地闭上眼睛，呼吸现出微弱。
“我为我们大清社稷流血，值得！”他又一次睁大眼睛，说：“江山一统……万岁！”
佟国纲就这样长眠在这个地方了。
清军的将士们，一看国舅这样，舍身忘死去杀敌，更加激发了他们对噶尔丹的仇恨，各路将领，纷纷请战，要为国舅报仇，争当先锋。
激烈的战斗整整进行了一天，太阳落山了，在依稀的薄冥中，双方不时仍有枪声传来，稀稀落落，直至夜幕将大草原和乌兰布通山全部遮住。
八月二日，前线总指挥抚远大将军福全，重整军队，进行新的攻击部署，这次他调整了炮火，向噶尔丹的山顶指挥部轰去，然后攻山。噶尔丹也相应的调整了部署，他在失去“驼城”之后，已经感到户破堂危，便把军队集中在他指挥部的周围，居高临下，据险固守，也不失时机地向清军进行反击。
在清军的凌厉打击下，乌兰布通的山上、林间又倒下许多士兵，噶尔丹的军队死伤惨重。
噶尔丹凭着十几年南窜北征的作战经验，他感到乌兰布通这一役，他的失败已成定局，他不敢在此继续恋战，怕被清军完全包围在这山头上，不战自溃。便一面组织队伍北撤，一面派出使者到清军大营游说。
噶尔丹派出他的副将伊拉古克图及西藏喇嘛济隆七十多人，下山会晤福全将军。他们竭力为噶尔丹开脱罪责说：“博硕克图汗轻信伊拉古克三及商南多尔济之言，深入汛界，部下无知，抢掠人畜，皆大非理……博硕克图汗不过小头目，何敢妄行！但因索其仇土谢图汗及泽（哲）卜尊丹巴，致有此误，彼今亦无索土谢图汗之意”。
噶尔丹也派人送信到清营前，来信说：“今蒙皇上惠好，自此不敢犯喀尔喀”。来人还申述噶尔丹博硕克图汗跪于威灵前设誓：“若违此书，惟佛鉴之”。
不久，又遣人来报噶尔丹顶佛像再设誓：“佛天以仁恕为心，圣上即佛天也，乞鉴宥我罪，凡有谕旨，谨遵行之”。且“往界外驻候圣旨”。
就这样，由于济隆的偏袒和噶尔丹以“卑词乞和”的缓兵之计，骗阻了福全等的追击，甚至福全还派人通知苏尔达等，令盛京乌喇诸路兵，不要阻截噶尔丹逃兵。所以当噶尔丹奔窜过盛京、乌喇、科尔沁等的军营时，清军不予邀击，竟放纵他们遁走。
当时，如福全不加阻止，让苏尔达等领兵阻击，噶尔丹早被擒获。福全等误信噶尔丹、济隆胡土克图等“议好之诳词”，让噶尔丹仓皇宵遁，偷渡什拉穆楞格河，翻过大碛山逃窜。
康熙身患重感冒回京途中，在八月三日接到福全奏疏，这是一封首战告捷的信，康熙看了，自然十分喜悦，但他担心这些前线将帅们打了胜仗长骄傲与麻痹情绪，厌战情绪，怯战情绪，使这次大举征剿半途而废，便当即谕令福全：“此后当何以穷其根株，平其余党，熟筹始末，一举永清，勿留余孽，尔等其详议以闻。”
福全以一个胜利者的口气说：“只要你们噶尔丹老老实实撤军回去，我可以下令暂止勿击！”
飞扬古大将在一边提醒福全，说：“大帅，在这个节骨眼上，我们与噶尔丹已无话可说了，让他们的人回去告诉噶尔丹，让他跟我们三十万的大军‘交谈’吧！”
福全说：“他已认罪了！”
“噶尔丹的话，他说认罪，不可信。”飞扬古说。
福全拍拍几上的认罪书说：“有这个呢！”
“恐怕是一纸空文。”
“你怎么这样看呢！”福全有点愠意，感到飞扬古疑心太重。
最后福全还是中了噶尔丹的游说者的计，答道：“今许汝所请，当发印文，檄各路领兵诸王大臣，暂止勿击。”
八月七日，康熙皇帝拖着病身子回宫，马上诏令都统希福驰赴前线，给抚远大将军参赞军务，等到希福和皇帝的谕令到达，噶尔丹已遁走五天了，这时已经过了西喇木伦河，横越大碛山，连逃至牛泡子，向北逃回科布多。
这样，乌兰布通之战结束了，没有达到康熙皇帝战略部署那样，全歼噶尔丹，这确使康熙欲哭无泪，因为这次的统帅不是别人，是他的哥哥呀！
