经过两次惨败，噶尔丹精锐主力丧尽，财产所剩无几，大本营伊犁又被侄儿占领，已经到了山穷水尽的地步。
康熙三十五年（1696年）九月，回京才三个月，康熙又坐不住了，他决定再一次御驾亲征。这次亲征很显然比上两次要轻松多了，康熙没有像上次那样带着大军在沙漠里穿行，而是直接来到归化城（呼和浩特市）视察。十一天后，康熙前往鄂尔多斯打猎，还到处散发这个消息，实际上是一边打猎，一边等待噶尔丹前来投降。
康熙之所以这么悠闲，是因为噶尔丹已经失去了抵抗的资本，除了投降别无活路。康熙亲自写了一封招降书，印了几百份让人分发，所以康熙很自信噶尔丹一定会过来投降的，康熙对部下说：“即使噶尔丹不来投降，他的部众必然溃散，纷纷前来投降。”为此，康熙命令费扬古停止对噶尔丹进行征剿，旨在给噶尔丹投降的时间。
确实，噶尔丹主力部队被歼灭，大本营又被侄子占据，之前控制的一些区域纷纷脱离噶尔丹的控制。噶尔丹想回伊犁，又担心侄子吃掉自己；南投西藏，又嫌路途太远，中途很多地方都被清军控制；噶尔丹也想投靠俄罗斯，但是又怕沙俄不敢接纳自己。结果，只好像孤魂野鬼一样在草原上晃荡。
昭莫多战失败后，噶尔丹也做过一些努力，收集残兵，还形成了五千人的军队。他带着这些人在台库勒举行一次会盟，商讨今后的决策。在会议上，噶尔丹这个失败的强人还是统一了思想，不过他并没有能解决内部矛盾，先后有不少人马叛逃，脱离他的控制，正如康熙所料。
但康熙很显然低估了噶尔丹的生存能力，在入冬前，噶尔丹已经赶到萨克萨图古时克，这里野兽很多，解决了噶尔丹生计上的困难。噶尔丹的流浪军团居然在这里渡过了严寒的冬天。
康熙等了很久，始终没有等到噶尔丹，不过他等到了噶尔丹的使者寨桑格垒，这人是噶尔丹营帐中为数不多的外交高手，多次跟清廷打交道。使者表示噶尔丹愿意投降。康熙则表示噶尔丹必须亲自来投降，康熙给噶尔丹七十天的时间，如果七十天后噶尔丹没有来，即将发大军征剿。
噶尔丹是个不折不扣的顽固派，从没真心打算投降。当时，噶尔丹的部属大多主张投降清廷，大家都说这个森林里野兽虽多，但是我们来了以后，野兽都惊骇四散，以后没法维持生计了。
噶尔丹沉默无语，丹济拉等人劝他投降，噶尔丹都不同意。噶尔丹不仅不投降，还派遣使者去找康熙，让康熙归还以前投靠清朝的人。结果，这个使者不仅没有完成使命，反而举家投奔康熙。噶尔丹已经众叛亲离，虽然已经走上了穷途末路，但噶尔丹还是决定要与清廷对抗到底。
到了这地步，连最忠于噶尔丹的丹济拉也脱离他，噶尔丹两次召他，他都不理睬。他派人去召另一个亲信杜哈尔阿拉布坦，结果杜哈尔阿拉布坦反而抢走了来人的马驼。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尔丹，噶尔丹的侄儿甚至想抓住噶尔丹向清廷邀功。
面对这种处境，噶尔丹即使不死，也难成气候了。就在康熙从宁夏坐船返京的途中，收到费扬古的奏章：噶尔丹已死。
关于噶尔丹之死有不同说法，有的说是病死，有的说是自杀。费扬古和噶尔丹的手下都说是病死，但康熙对此很怀疑，认为噶尔丹是自杀。只有自杀，才能突出康熙在政治上的胜利，康熙想证明是自己击败了这个对手的生存意志，而不是什么疾病。
回京后，皇太子举行了盛大的欢迎仪式，文武百官在德胜门外跪迎凯旋的皇帝。
康熙三十七年（1698年）九月十二日，噶尔丹的遗骸被运送到北京，悬挂在城门外示众。不久，依照吴三桂的例子，挫骨扬灰，以警后来者。
这次战役不仅维护了清廷内部的稳定，也扩展了清帝国的领土，清朝将边境线延伸到阿尔泰山一带，并将广阔的喀尔喀蒙古正式纳入版图中，清帝国的领土达到一千三百多万平方公里。