康熙帝清除了鳌拜集团，开始乾纲独断，自主地治理国家。为时不久，便爆发了以吴三桂为首的大规模武装叛乱，刚刚安定下来的中国，再次陷入内战的深渊。这一事变，远比同鳌拜集团的斗争严重得多。它对于才迈入青年时期的康熙帝无疑是一次命运攸关的考验。
还在顺治初年，汉官名将吴三桂以平西王镇云、贵，尚可喜以平南王治广东，耿精忠以靖南王辖福建，当时，并称“三藩”。此三藩之设，并非任何个人的主观愿望和要求，而是当时军事与政治斗争所需要。东南沿海及两广、云贵，是当时抗清斗争的主要活动地区，情况历来错综复杂。清政府意识到，惟有以吴三桂等威名素著的军事将领镇抚这些地区，才能长治久安。因此当他们中有的欲引退北归时，顺治帝一再挽留。如定南王孔有德要求解职，“优游绿野”，顺治以“南疆未尽宁谥”，不准辞。后在桂林围城战中，城破，孔有德举火自焚死。尚可喜于顺治十年、十二年两度申请北归，顺治帝也以广东“初定，地方多事”挽留，要他“悉力料理，以奠岩疆”。仅此两例，足以说明，顺治帝一意依赖汉军守边，实则是皇太极实行的“以汉攻汉”的政策的具体体现。
顺治时建藩的目的，原是使其“世守边圉，以为藩镇”，藉以“屏藩王室”。但实际情况正好与清政府的愿望相反。三藩势力的不断增长，不仅不能护卫王室，却形成了一股与它抗衡的强大力量。首先，三藩兵权在握，各拥兵自重。耿精忠、尚可喜各有兵员十五佐领、绿旗兵六、七千，丁口二万人。合兵力万余人，此系嫡系部队，“而旗下所畜养甚众”，其数更超过额兵。三藩中，以吴三桂的兵力最强，他有五十三佐领，合甲士万余人，另有绿旗兵一万二千人，丁口数万。除此，还有收降的农民军将士一万二千余人，分置十营，各以一名总兵统辖。至顺治十七年（1660），吴三桂拥有七万人的强大武装力量。三藩掌握南方数省兵权，自拥重兵，这在事实上已形成了与中央政权相对立的军事割据状态。
建藩之初，顺治帝为鼓励他们忠心任事，辅弼皇室，不惜赐与政治上种种特权，他们以此不断扩充各自的实力。福建“鱼盐之利为天下最”，耿精忠“横征盐课”，又利用海运之便，同荷兰及东南亚各地走私贸易，毫无顾忌。尚可喜在广州私设征收苛捐杂税的“总店”，从日常菜蔬、鸡豚，到铜、铁等矿植物无不抽税，每年私收白银不下十余万两，总之，一切“利归王府”。人们不禁感叹：“藩府之富几甲天下”！
尚、耿两藩的势力虽迅速发展，但与吴三桂无法比拟。三桂享有比他们更多的特权。顺治十六年，皇帝命他总管云南军民一切事宜，特谕吏、兵两部：凡云南文武官员举黜，皆听三桂裁定。康熙元年，索尼四辅臣又命三桂兼辖贵州，应允三桂所请，“贵州一切文武官员兵民事务，俱照云南例，著平西王管理”。于是，云、贵两省真正成了吴三桂的独立王国，“所辖将吏，选用自擅”，各省员缺，也以其部属推选除授，谓之“西选”，“西选之官遍天下”。不仅如此，他以各种手段聚敛财富，征收重税，垄断盐、铜之利，经营名贵药材的采买售卖，牟取暴利。三桂把大量的金钱一方面用于“收召人才，树立党羽”；一方面放高利贷给富商，称为“藩本”。三桂的实力比耿、尚两藩更为雄厚。
三藩的存在，已成为国家经济上的巨大负担。他们在其藩镇所得，都窃为己有，还从朝廷索取大量饷额和经费，用于养兵和行政开支。以顺治十七年为例，云南一省岁需俸饷九百余万两，加上福建、广东两省的饷银，共需二千余万两。而本年度全国军饷也不过一千七百余万两。康熙五年，左都御史王熙指出：“直省钱粮，半为云、贵、湖广兵饷所耗。就云贵言，藩下官兵岁需俸饷三百余万，本省赋税不足供什一，势难经久。”因此，“天下财赋，半耗于三藩”，实非虚语。三藩需求之巨，不仅使各省为难，也使负责此项差使的户部疲于应付，整个财政为此时常陷入措手不及的困难境地。
在康熙帝即位之初，三藩已成割据之势。索尼四辅臣执政时期，对三藩采取笼络、包容之策，希图利用他们的力量对付南明、农民军余部，及土司的叛服无常和海上郑氏的抗清力量，因而听任三藩所为，更助长其势力的急速膨胀。三藩横行南疆，影响及于全国，这不能不与日益加强的中央集权和国家的统一产生尖锐的矛盾。
康熙帝亲政后，就“以三藩及河务、漕运为三大事，夙夜廑念，曾书之宫中柱上”。他以敏锐的目光已看出“三藩势焰日炽”，已构成国家的心腹之患，把它列为自己亲政所必须解决的三件大事的第一件大事，时刻思虑裁撤的时机与办法。
康熙帝早有撤藩之意，但又虑及“三藩俱握兵柄”，不敢贸然采取行动。康熙十二年（1673）三月，已洞悉朝廷意图的尚可喜首先提出撤藩，要求“归老辽东”。这就给康熙帝提供了解决三藩问题的一个难得良机。康熙帝趁势顺水推舟，立即批准，对他这一主动行动给予高度评价。三桂与精忠得此消息，心不自安。吴三桂之子吴应熊在京师“希探上意，驰书于桂，令亦如尚、耿之请，从中画谋，弥缝可独留”。吴三桂依计而行，于同年七月也向朝廷请求撤藩，与此同时，精忠也提出同样的请求。康熙帝当机立断，一概批准。但对吴三桂是否也撤却产生了不同意见。除户部尚书米思翰、兵部尚书明珠等极少数人赞成康熙帝的决策外，大多数廷臣持反对意见。他们认为，吴三桂镇守云南以来，“地方安定，总无乱萌”，如将吴三桂迁移，还得派兵去镇守，耗费大，不免骚扰地方，不如令三桂继续留镇。康熙帝令议政王大臣会同户、兵两部，又扩大到九卿科道，几经讨论，始终没能取得一致意见，最后仍请康熙帝裁决。康熙帝力排众议，正式作出撤藩的决定。八月二十四日，康熙帝以手诏勅谕三桂，在肯定他的巨大功绩之后，笔锋一转：“但念王年齿已高，师徒暴露，久驻遐荒，眷怀良切，近以地方底定，故允王所请。”他特别强调指出，撤藩之举，使吴三桂北来，“慰朕眷注，庶几日夕觏止，君臣偕乐，永保无疆之休”。他向三桂保证，迁移安插都已妥善，“王到日，即有宁宇”。康熙帝在这份手诏中，温语洋溢，关怀有加，丝毫看不出朝廷对他的疑忌，但他明确暗示，一经撤藩，可使君臣两相无猜，吴三桂可保荣誉，共享太平之福。应该说，这是一项很好的解决办法，如果吴三桂接受，自然就会避免一场战争的发生。
但是，吴三桂申请撤藩并非出自真心实意。他不过是故作姿态，以为朝廷会依明朝沐英世守云南例，一定慰留他继续镇云南。他没有料到康熙帝会如此迅速地批准他撤藩，及“命下，愕然气阻，其党愤愤不平”。吴三桂即与其党羽密谋起兵。他调集人马，断绝邮传，封锁消息，暗令境内只许入而不许出。
九月初，康熙帝派遣办理迁移事宜的礼部侍郎折尔肯、翰林院学士傅达礼到达云南。吴三桂表面上接受诏书，却一再迁延动身日期，加快叛乱的步伐。十一月二十一日，吴三桂杀死云南巡抚朱国治，逼使云贵总督甘文焜自杀，折尔肯等被扣留，公开举兵叛清。他自称“天下都招讨兵马大元帅”，继而称周王，以明年为周王元年。消息传到北京，“举朝震惊”。大学生索额图请求处分主张撤藩的大臣。康熙帝说：“此出自朕意，伊等何罪！”
面对吴三桂公开叛乱，康熙帝迅即采取如下措施：一、增派八旗精锐前往咽喉要地荆州固守，“以遏贼势”；二、紧急通知广州与福州，两藩停撤，以孤立三桂；三、将额驸、吴三桂之子吴应熊及家属暂行拘禁，其余散处各地的原属三桂官员一律赦免，使其“安心守职”，以利大局稳定；四、削除吴三桂王爵，宣布有擒斩吴三桂之头者，即以其王爵封赏。是时，康熙帝年仅二十岁，他沉着镇静，以巨大的勇气，压倒一切的气概，独当平叛之任，为巩固国家的统一和挽救清政权免遭覆亡而进行着一场命运攸关的殊死大搏斗。
然而，清兵在军事上并无准备。当吴三桂挥军北进时，各城镇非破即降。三桂“散布伪札，煽惑人心，各省兵民，相率背叛”。福建耿精忠举兵响应，攻略江西、浙江等地，而三桂军已进入湖南，其前锋已抵长江南岸，与荆州清军夹江对峙。仅一年，“逆贼得据大江之南”。接着，叛乱很快蔓延到四川、山西、陕西、甘肃诸省，连河北总兵蔡禄也反于彰德。塞外，又有察哈尔部布尔尼的叛乱。一时间，“东南西北，在在鼎沸”。
吴三桂发动叛乱，给清政权造成了一场空前的政治危机。就其性质而言，它是统治阶级内部的矛盾和斗争，也是中央集权与地方割据之争。吴三桂以反清复明为号召，一度煽惑广大汉人和明故将吏起来反对满族的清朝统治，因而给这场纷争染上了某种民族斗争的色彩。这一斗争已远远超出政治解决的范围，康熙帝没有别的选择，只能通过战争手段来消除这场政治危机。因此康熙帝运筹帷幄，指授方略，决心赢得战争的完全胜利。
至康熙十四年，吴三桂军的战略进攻达到了顶峰。从全局来看，已形成三大战场：耿精忠控制的福建、浙江、江西为东线；四川、陕西、山西、甘肃为西线，其中陕西提督王辅臣的叛变对京师威胁最大。湖南则为正面战场。康熙帝密切注视战局的变化，亲定了战略方针：清军以荆州为战略立足点，顶住投入湖南战场的吴军主力，对峙而不攻；先从两个侧翼入手，即解决耿精忠、王辅臣两股主要叛军。待除掉两顾之忧，再集中兵力同吴军决战。于是，战争进入相持阶段，在各个战场上展开了互有胜负的争夺。
康熙帝采取“剿抚”并用的方针，对吴三桂坚决打击，其余则视为胁从，在施以军事打击的同时，力主招抚。他亲自给王辅臣、耿精忠等人写信，晓以利害，并保证如“投诚自归”，“即赦免前罪，视之如初”。康熙十五年六月，王辅臣在兵败之后，向清军投降。陕西底定。十月，耿精忠投降；十二月，一度迫于形势而假投降的尚之信也公开反吴。康熙帝履行许诺，一律给予优待。他还号召参与叛乱的广大士兵，只要放下武器，也都给予赦免，安排生活。在这一政策的感召下，那些蒙受煽惑的士兵和将官纷纷投诚，每每以数百、数千，至万计，投入清军。吴军日趋分化、瓦解。
康熙帝重用汉兵汉将，是他采取的又一项重要政策。开始，他以皇族贵胄为各方面军的统帅，如勒尔锦、尚善、岳乐、喇布、杰书等一大批人皆是清开国元勋的子孙，但他们比起先辈，大为逊色，畏缩不敢战，迟延不进，坐失时机，致使清军屡屡败退，城镇连失。鉴于这种情况，康熙帝急忙起用汉将，多次指示汉人中有清操和才能的，“不拘资格”，保举荐用。如著名的“河西三将”即张勇、王进宝、赵良栋恢复陕甘、四川，破云南，捣三桂巢，皆赖其力。还有“蔡毓荣、徐治都、万正色奋于楚，杨捷、施琅、姚启圣、吴兴祚斗于闽，李之芳奋于浙，傅宏烈奋于粤，群策群力，敌忾同仇”。他们为平叛发挥了重大作用。
自内战爆发以来，每天上奏的军报不下三、四百疏，康熙帝“手批口谕，发■指示，洞的中窾”。政策和策略正确，从根本上保证了平叛的胜利进行。到康熙十五年底，“东西两巨寇（指耿与王辅臣）既降，乃得以全力办三桂”。清军逐渐转入战略反攻。
在湖南战场，吴三桂军虽然还占据岳州、长沙等要镇，但吴三桂的日子越来越不好过。在他的统治区内，经济状况恶化，民穷财尽，军饷告乏，军心动摇，大批将吏投向清军。吴三桂已失耿、尚两藩之援，处境更加孤立。吴三桂“兵兴六年，地日蹙，援日寡，思窃号自娱”。于康熙十七年三月在衡州称帝，国号大周。八月，七十四岁的吴三桂得病暴亡。其孙吴世璠即位，改元洪化。他见势不妙，弃衡州，退居贵阳。
这时，清军已进入湖南，在圣祖决策和严令下，清军已将长沙之敌包围，并从水陆两路攻取岳州。康熙帝指出：“歼灭吴逆，荡平诸寇，在此一举。”他特别强调：“今日之事，岳州最要，不可不速行攻取。”他甚至以御驾亲征相激励。康熙十八年正月，向岳州发起猛攻，“水陆围困，断其粮道”，迫使吴军弃城逃走。岳州一破，常德、长沙、衡州等相继而下。在清军的猛攻后，吴军全线崩溃，湖南、四川、贵州、广西都被清军收复。康熙帝遣三路大军，分别自湖南、四川、广西向云南进军。至康熙二十年十一月，三路大军终于打破昆明城，吴世璠服毒自杀，其党羽或死或被俘，一网打尽。这场历时八年的内战，以吴三桂的覆灭而告终。
平定吴三桂叛乱，废除“三藩”，使整个大陆重新获得了统一。康熙帝又乘“平吴”之余烈，抓住时机，着手解决长期悬而未决的台湾问题，他采取既抚且剿的方针，于平吴三桂二年后，即康熙二十二年（1683）八月，准予郑氏政权投降，从来就是中国领土的台湾，自此正式并入清朝版图。次年，康熙帝同意在台湾设一府三县，隶福建省，并派兵驻防。