1758年，清军大将兆惠被困于叶尔羌黑水营。战报传至乌鲁木齐，参赞大臣富德大惊失色。他立即组织3000人马，狂奔2000多里去和兆惠会合。

1758年10月初三日，兆惠所率清军抵达辉齐阿里克，隔叶尔羌河扎营，此地距叶尔羌城40里。初六日，清军与大小和卓叛军开战，清军三战三捷。同时，兆惠还派遣副都统爱隆阿率兵800人于叶儿羌河之西，目的在于阻断喀什噶尔的援敌。13日，兆惠依据所得敌情，命令留部分兵力守营，自己亲率千余骑兵劫城南英奇盘山敌之牧群，以补充给养。当清军攻至叶尔羌城外桥上时，刚渡河400余骑兵，桥面突然断塌，小和卓霍集占率叛军步骑兵约1.5万余人趁机从四面攻来，清军人自为战，浮水还营。

兆惠身先士卒，左右冲突，两易战马，面胫俱伤。副将军明瑞也受了枪伤，总兵高天喜等数名大将战死，清军阵亡100余人，伤者数百人。清军杀敌1000余人，战斗直至夜晚，叛军才在月色中退回城中。第二天，叛军万余人又乘势渡河，包围清军大营，连续发动了五昼夜的进攻，清军的顽强抵抗虽然使叛军的目的未能达到，但清军的损失也使得其难以一时取胜。

兆惠考虑到敌强我弱之势，一面命令清军掘壕扎营，修筑工事，加固阵地，顽强固守，一面派遣五名士卒并命令爱隆阿速回阿克苏告急求援，同时明瑞接到诏令回京向乾隆面陈受困情况。乾隆帝接到情报后即命靖逆将军纳木札尔前往紧急救援。防御喀什噶尔的副都统爱隆阿奉兆惠之命，返阿克苏催促援军，途中恰好遇见纳木札尔所率200名骑兵，爱隆阿力劝纳木札尔待清廷大兵到后再进，纳木札尔支援心切，执意前往，结果在进军途中遭遇叛军全军覆没。小和卓霍集占见强攻不下，便改变战术，准备长期围困黑水营。

叛军眼见清军防守严密，攻势难于在短期内奏效，也效法清军，掘壕筑垒，建起高台，居高临下向黑水营施放枪林弹雨般的铅丸。叛军释放的铅弹丸大多被黑水营周围的高大林木阻挡，结果清军非但没有伤亡，反而被清军砍掉林木，由树干中挖出数万颗弹丸，补充了军火。一计未成，又施一计，小和卓霍集占指示叛军掘开渠水，冲淹黑水营，岂知兆惠早有所备派遣官兵预掘沟壕，水被引入下游河道，既避免了水淹，又获得了水源。

小和卓霍集占见炮击水攻均告无效，又命叛军掘沟潜伏，用芦苇土石掩蔽，偷袭清军，也被击退。清军缺乏给养，兆惠根据线索判断，命令清军在营内寻掘到几十处粮食窖藏，苍天有眼，天助清军。到11月间，南疆以西的布鲁特人首领纳喇巴图和维吾尔首领额色尹联合进攻喀什噶尔和英吉沙尔城，恰好黑水营清军纵火焚烧了两座叛军的营垒，小和卓霍集占以为清军与布鲁特人有约，恐被两面夹击，乃遣使黑水营议和，故叛军对黑水营的攻势有所松懈。

根据乾隆帝的命令，驻阿克苏的定边右副将军富德与侍卫舒赫德在巴尔楚克整编合军，共率刚赴南疆的索伦和察哈尔兵2000余人及北路兵1000余人，冒雪增援。巴里坤办事大臣阿里衮奉命领兵600，兼程来援，与爱隆阿所部1000余人会合。

1759年正月初六日，富德、舒赫德所率3000兵马行军至呼尔满时，突遇由叶尔羌城方向来的5000叛军。两军相遇，厮杀5日4夜，清军且战且进。

初九日，富德、舒赫德部已接近黑水营，被叛军所围，处境危险。阿里衮、爱隆阿率部赶到，拉开阵距，大呼驰进。兆惠于黑水营中得知援兵已到，立即组织所部突围，杀敌千余，烧尽敌军营垒。三军会合作战，叛军大败，退回叶尔羌城。14日，兆惠守军与援军会师，撤军至阿克苏。

小和卓霍集占见清军退去，乘势占领和阗所属两座回城。和阗共有6座回城，回族人6万户，盛产粮食。它南连西藏，东达青海，西接布鲁特，地理位置十分重要。所以乾隆帝一再催促兆惠，迅速收复和阗。四月，兆惠遣富德率部夺回和阗，大小和卓一时无计可施，便固守于喀什噶尔和叶尔羌两城，其兵力约有10万。

清军方面除兆惠、富德原有的8000清军外，又增调1万人绿营兵，并配备了充足的攻城兵器。6月初二日，定边右副将军富德率部由和阗出发，和阗6城伯克带650人回兵从征，进攻叶尔羌；6月11日，定边将军兆惠率部由乌什出发，进攻喀什噶尔。两支清军密切协同，同时深入，且走且停，以息养马力。大小和卓此时已成惊弓之鸟，在清军前锋抵达之前，便弃城退往巴达克山汗国，企图待清军粮尽退兵，再卷土重来。闰6月14日和18日，清军分别进入喀什噶尔和叶尔羌。

富德率部继续追击叛首大小和卓，明瑞率部千余人于霍斯库岭同叛军6000人激战3小时，消灭叛军500人。7月初七日，富德于阿尔楚山追击小和卓霍集占，歼敌千余，阵斩其骁将阿布都。7月初十日，大小和卓在巴达克山边境和什珠克岭阻击清军，被清军大败，仅率300余人逃进巴达克山境，与巴达克山汗索勒坦沙在阿尔浑楚岭发生激战，索勒坦沙在战斗中俘获大小和卓，并献其尸体迎接清军。

至此，大小和卓动乱被平息，从而结束了天山南北地区的分裂局面，西域从此归于一统。