顺治十八年（1661）正月，顺治帝福临病逝。十月，在政治舞台上消失了二年有余的图海，被再次起用，补授正黄旗满洲都统。任命时得旨称，顺治帝留有遗言：“图海情罪原屈，欲改未及，遇有满洲都统缺补用。”图海从此转入军旅，开始了他的军事生涯。
清兵入关二十年来，南明政权、大西、大顺农民军以及各地各阶层的抗清斗争势力，几乎全部被镇压下去。这时只有大顺农民军余部在郝摇旗、刘体纯、李来亨等率领下，据湖广、四川、陕西三省交界地的陨阳荆襄一带坚持抗清。清朝为统一全国，安定统治，决定消灭这块抗清据点。康熙元年（1662）九月，下令三省各抽调三万绿旗官兵，加上西安驻防八旗，实行会剿。面对十余万众的大敌，郝摇旗等组织农民军联合反击。次年七月下旬于彝陵（今湖北宜昌）附近重创湖广提督董学礼部。接着，又合师以七万之众进攻驻扎在四川巫山县境的湖广、四川总督李国英部，清军战事不利。八月，清廷决定再加强力量，任命图海为定西将军做为靖西将军都统穆里玛的副手，率领禁旅从京师出发，取道荆州前往征剿。图海至前线后与李国英、提督郑蛟麟、总兵俞奋起、于大海等实行连营围困。农民军乘清兵立足未稳之际，以三千余众袭击俞奋起营地，图海得报即亲自率兵迎战，击败之。终因众寡之势悬殊，农民军各部被围困在湖广兴山县一带，相继失败。十二月底，清军攻破农民军陈家坡大营，刘体纯自缢而死。三天后农民军另一据点黄草坪亦被攻下，郝摇旗等被俘牺牲。只有李来亨独据茅麓山凭险抵抗，清军虽有二十万众却接近不得。最后由于图海等实行长期围困，绝其粮道和声援，农民军处境愈加险恶。至康熙三年（1664）终于力不能支，李来亨下令烧毁山寨，阖门自焚而死。十月，图海与穆里玛等下令将俘获的六千余名农民军尽数屠杀，然后携带被俘的三千余人口及八千余名降兵班师。
康熙六年，图海晋升为弘文院大学士，加世职为一等轻车都尉。九月，充任纂修《世祖章皇帝实录》总裁官。七年十二月比利时人南怀仁劾钦天监监副吴明烜推算历法差错，图海奉命同诸大臣同往测验。八年七月，以亢旱故，他奉命同诸大臣会同刑部将监内拟定重犯确审酌量减刑，均圆满完成使命。不久，图海以兼都统奏请解除政务，被慰留不允。九年（1670）改为中和殿大学士兼礼部尚书。此时他在大学士中又位列第三。十年晋居第二。十一年六月，再次奉命清理刑狱。七月，加太子太傅。声名复振，权势显赫。
图海以文武之才，干练任职，卓有成效，而得到青年天子康熙帝的信任。但他也并非事事精明，考虑周全。在三藩撤留的重大问题上他曾提出了错误的主张。三藩即为清朝统一全国立了汗马功劳的三个藩王：平西王吴三桂、平南王尚可喜、靖南王耿精忠。他们在战争中扩展势力，各拥重兵，跋扈一方并互通声息，形成尾大不掉之势，严重威胁着清朝的统治。对此，精明有为的康熙帝早已不能容忍，坚决主张撤藩。面对吴三桂等人的嚣张气焰，廷臣感到问题棘手，多数人认为撤藩令下，吴三桂等必借口反叛，局势将难以收拾，所以撤藩不利，图海极力主张“断不可迁移”。只有户部尚书米思翰、兵部尚书明珠与刑部尚书莫洛等少数人力主撤迁。两种意见相持不下。最后，康熙帝当机立断，否定图海等人意见，支持少数人主张。
在如何对待三藩问题上，身居显位的图海确实没有提出正确的意见，但康熙帝并不怪罪他。三藩之乱爆发不久，图海便“以病请解阁务”，康熙帝不允其请，加以“慰留”。当时平叛战争中运送兵饷是个必须周全安排的大问题，康熙帝以“筹饷需才”，特命图海兼管户部事务，督理清兵饷运。图海不负使命，他洞察饷运存在的问题后，于康熙十四年三月上疏：“近来供应大兵，恐有派累民间，虽屡奉上谕禁止，有司未能实心奉行，应敕督抚严禁。一应军需不得私派，夫役不得先期拘禁，征收钱粮正项外，不得丝毫科敛。民间词讼除重情速审速结外，其余户婚细事，不得乱准，牵累无辜。并禁衙蠹作奸指公需索，土豪恶棍鱼肉善良。庶几安居乐业，民不知兵。”这是一项针对实际情况解决问题，安定社会的好建议。康熙帝阅后立即下旨：“是。命速行通饬。”
这月，布尔尼突于东蒙辽西一带发动叛乱。布尔尼本是内蒙古察哈尔部首领，被清廷赐封为亲王。其祖父即清入关前一直同后金对立的林丹汗。林丹汗死后察哈尔部“悉众内附”，归服后金。皇太极实行笼络，特封林丹汗之子额哲为蒙古亲王，并将次女玛喀塔公主嫁给他。额哲于崇德六年（1641）病死，其弟阿布奈主管部内事务。顺治二年，阿布奈妻其嫂马喀塔。不久，马喀塔生布尔尼。顺治五年（1648）阿布奈袭封亲王。由于他“无藩臣礼”，于康熙八年被派夺王爵，羁禁盛京。清廷为安定察哈尔部又以阿布奈之子布尔尼为亲王，并以安亲王岳乐之女嫁与为妻。布尔尼并未因此软化，时刻伺机反清，企图恢复昔日其祖父林丹汗时的统治，当三藩叛乱一起，他得悉京师禁旅与各路大军多已开赴前线，北京空虚，便起兵反清。
当时，三藩叛乱的战火甚为炽烈，云贵、两广、四川、湖南、福建以及陕西相继失守，北京及各地可以征调之兵已经很少，形势危急。布尔尼起兵消息传至北京后，人心惶惧。年轻的康熙帝在祖母孝庄文皇后的提醒下，决定使用“才略出众”的都统、大学士图海，令其统兵前往镇压。三月二十九日，命多罗信郡王鄂札为抚远大将军、图海为副将军率兵出征。实际上是图海发挥了主要作用。面对京城“宿卫尽空”的困难情况，图海“奏请选八旗家奴之健勇者”，获得允许，而立“得数万人”，迅速组成了一支大军，准备携带红衣大炮，取道山海关迎战布尔尼。康熙帝在其出征前一天召见鄂札、图海等人面谕，指示其“须严禁将士，申明纪律，凡经过地方，毋得骚扰百姓”。面对强大的蒙古骑兵，独具胆识的图海施展了他惊人的将兵才能。在康熙帝召见当天，他下令全体将士于第二日整装饱食齐集德胜门外。第二天即四月初六日黎明，图海全副武装至教场，检阅完毕，便下令立即急行军奔赴前线，昼夜兼程，不许歇宿。同时下令所过州县村堡任众军“略掠之”，因而“所获金帛无算”。四月二十一日，大军到达岐尔哈泰，在即将与布尔尼军交战之际，图海又进行战前鼓动：“前此所掠皆士庶家，不足为宝。今察哈尔承元之后，数百年之基业，珠玉宝货不可胜计，汝等如能获取之，可富贵终身也。”于是，“众踊跃从事”，“无不一当百”。与敌军的遭遇战在达禄地方展开。布尔尼设伏山谷间，而以三千兵前来迎战，被勇猛的清军击溃。鄂札、图海等侦知敌有埋伏，便分布满洲、蒙古官兵进战、搜山，敌伏果发，土默特蒙古兵误入埋伏受挫，图海等立即分兵救援。布尔尼又发四百骑继至，图海亲自率兵力战，尽歼之。布尔尼被迫领军倾营出动，摆列火器尽全力与清军决战。图海下令严阵以待，迎头痛击。清军奋勇争前，布尔尼军队抵敌不住，大败。这时，布尔尼部下都统晋律率所属当阵反戈。布尔尼于慌乱中收拾溃卒竭力反扑，与清军接战两次。清军愈战愈勇，乘胜追杀，连战连胜。图海等于阵中招抚人户一千三百余口，“获马匹器械无算”。布尔尼终于溃不成军，仅以三十骑逃遁，逃至札鲁特境，路遇奉清廷之命率兵前来会剿的蒙古科尔沁部额驸沙律，被杀。布尔尼之弟罗不藏及都统达里同时被杀。战事胜利结束，图海又“分散财帛，奖励士卒”。
五月十四日，康熙帝令大将军鄂札率兵先还，副将军图海暂留察哈尔处理善后诸事。不久，康熙帝又谕大学士索额图：“大将军信郡王鄂札还师有期矣。副将军图海统兵讨逆，厥功茂著，凯旋之日，宜与大将军同至。可遣人驰谕，令以兵付同事大臣，轻骑先行。”闰五月十二日，出师两个月后的大军凯旋北京。布尔尼叛乱的迅速平定，解除了清朝在三藩之乱时的后顾之忧，康熙帝甚为高兴，亲率诸王贝勒大臣于南苑大红门行隆重的郊劳礼。命出征全体将领进前行抱见礼，并谕凯旋大臣、章京及冒刃效力军士俱进前坐赐茶。特“命副将军图海至御幄侍坐，问以战阵之事”，给予极高宠遇。当回宫陛见时，康熙帝责问图海放纵士卒掳掠，并“以有司劾章示之”。图海说，“臣实无状，然以舆台（地位低微者）之贱，御方强之敌，若不以财帛诱之以壮其胆，何以得其死力？然上不即诛（责令制止），待臣奏绩而后责之，实上之明也。”康熙帝会心地笑着说：“朕亦知卿必有所为也。”图海因以功叙晋一等阿思哈尼哈番（男爵）。