清初，居住在中国西北方的蒙古族分为三大部，即漠南蒙古、漠北喀尔喀蒙古、漠西厄鲁特蒙古。漠南蒙古于清入关前即已归服。漠北喀尔喀蒙古下分札萨克图、土谢图、车臣三部。漠西厄鲁特蒙古部，明朝初期称瓦剌，明末清初时称为厄鲁特，居住在巴尔喀什湖以东、以南一带。厄鲁特蒙古又分为四大部：游牧于巴尔喀什湖以东、天山以北、伊犁河流域的称准噶尔部；游牧于乌鲁木齐附近地区的称和硕特部；游牧于额尔齐斯河沿岸的为杜尔伯特部；游牧于塔尔巴哈台附近地区的称土尔扈特部。17世纪以来，漠西厄鲁特蒙古的准噶尔部逐渐强大起来。崇祯初年，土尔扈特部因受准噶尔部的排挤，离开塔尔巴哈台牧区，向西远徙到额济勒河（今伏尔加河）流域游牧。之后，和硕特部也因为与准噶尔部发生冲突，离开原牧地，向东南移牧青海一带。只有杜尔伯特部与准噶尔部是同族关系，仍然共牧于阿尔泰地区。
康熙初年，噶尔丹自立为准噶尔汗。为了实现割据一方的狂妄野心，噶尔丹在沙俄政府的唆使下，于康熙二十七年（1688）对漠北喀尔喀蒙古部发动了突然袭击。沙俄侵略者趁机引诱喀尔喀蒙古投降沙俄。喀尔喀部宗教首领哲布尊丹巴拒绝了沙俄的诱降，毅然率领数十万部众南归内地，归顺清朝。康熙帝把他们安置在科尔沁草原游牧，责令噶尔丹退兵，归还喀尔喀牧地。但噶尔丹依仗沙俄的支持，公然率2万多骑兵，以追击喀尔喀为名，深入内蒙，前锋到达乌珠穆沁境，距北京仅900余里。
形势紧急，康熙帝遂决定亲征，康熙二十九年（1690），清军兵分两路出击。右翼在乌珠穆沁作战失利，噶尔丹进入乌兰布通（今赤峰市境），距北京仅700里；但左翼清军以优势火器摧毁了噶尔丹的“驼城”，大败叛军。康熙三十五年（1696），清军于昭莫多（今乌兰巴托东南）截击叛军，噶尔丹战败，连夜溃逃。康熙三十六年（1697），康熙帝又亲率大军至宁夏（今银川），将叛军包围。噶尔丹四面楚歌，走投无路，服毒自杀而死。
噶尔丹叛乱平定后，喀尔喀蒙古各部回到了原来的牧地，各部首领接受了清朝的封号。至此，外蒙古地区完全统一在清朝中央政府的管辖之下。清朝在科布多、乌里雅苏台等地派了将军和参赞大臣，掌管当地军政大权，加强了对外蒙古的统治。
噶尔丹死后，康熙帝因策妄阿拉布坦助剿有功，承认其为准噶尔汗，并划阿尔泰山以西的辽阔土地供其放牧。但策妄阿拉布坦羽翼丰满之后，也走上了叛乱的道路。他不仅控制了天山南北，而且妄图吞并西藏。康熙五十六年（1717）十月，策妄阿拉布坦派兵攻入拉萨，杀死拉藏汗，掳其妻子财物，囚禁拉藏汗所立的六世达赖意希嘉措，组织傀儡政权，控制了西藏。康熙五十九年（1720），清廷分兵两路入藏进击策妄阿拉布坦。康熙帝还令北路军在进军的同时护送新册封的七世达赖格桑嘉措入藏。在藏族人民的帮助下，清军迅速驱逐了叛军，使西藏的局势稳定下来。这一年，七世达赖在拉萨坐床，康熙帝赐给封号，并派大臣分管前藏和后藏事务，又驻兵留守西藏。至此，西藏地区完全归于清朝政府的统辖之下。
雍正五年（1727），策妄阿拉布坦死，其子噶尔丹策零继位为准噶尔汗。乾隆十年（1745），噶尔丹策零死，准噶尔部陷入了长期的内乱。贵族达瓦齐乘机自立，但属下官民纷纷归降清朝，使他陷入了众叛亲离的境地。乾隆帝认为最后平定准噶尔部分裂割据势力的时机已经成熟，遂决定大举出兵。乾隆二十年（1755）春，清军分北、西两路，各2.5万人，马7万匹，向伊犁进军。五月初，两路清军进抵伊犁。达瓦齐逃往南疆，为维吾尔族军民捉获，送至清廷。清军遂占领了准噶尔部全境。
同年，策妄阿拉布坦的外孙阿睦尔撒纳在伊犁公开叛乱。次年，清政府出兵平叛。阿睦尔撒纳溃败，叛逃俄境。
当清政府打败准噶尔部时，曾受准噶尔部奴役的维吾尔族首领大、小和卓木乘机逃回老家。他们想独霸一方，煽动维吾尔族上层分子，发动叛乱。乾隆二十三年（1758），清政府派兵镇压。次年，叛乱被平定，大、小和卓木被杀。清政府在喀什噶尔等地设官驻兵，加强了对天山南路的管理。
清政府平定准噶尔部和大、小和卓叛乱，统一新疆后，实行了军府制统治。于乾隆二十七年（1762）设伊犁将军于惠远城（今新疆霍城），任命明瑞为第一任伊犁将军，为统治新疆全境的最高官员，统一行使对天山南北各地的军政管辖。伊犁将军之下，分设都统、参赞、办事、领队大臣，分别管理各地军政事务。清政府对新疆各族人民的统治，依据“因地制宜”、“因俗施治”的原则，采用了不同的办法。如对广大维吾尔族聚居地区依旧实行伯克（突厥语音译，地方官吏称号）制度，但是废除了伯克的世袭，伯克的任免权归于中央，并严格实行政教分离；在东疆汉人较多的地区实行郡县制；而对北疆的蒙古族和哈密、吐鲁番地区的维吾尔族，则实行札萨克制，即册封王、贝子、公等世袭爵位。吐鲁番地区军府制与札萨克制并行。清朝政府在官员的任用方面还采取了以满族为主、各族官员并用的政策；经济方面，推行以农业为主，农牧并举的经济措施，减轻赋税，采取中央财政定额补贴制度等。清朝统治时期，新疆的社会经济得到了较大的发展。
