清军做好了打硬仗、打大仗、打长期攻坚仗的准备。想不到，号称骁勇多智桀骜难驯的小和卓竟于清军到达之前，不战而走，丢弃他们的老窝，退往巴达克山（今属阿富汗），企图待清军粮尽退兵，再重返旧地。原来，乾隆二十三年六月的库车之战和十月开始的黑水营之战，更使小和卓感到清军的可畏。清军以少击众，大败小和卓支援库车的8000“最精巴拉乌枪”兵，打得他落花流水，率残兵800逃入城内。尤其是黑水营之战，兆惠仅带400余骑冲过木桥，就敢于与小和卓1万余士卒拼死厮杀，后又以3000疲兵伤卒牢守大营，坚拒2万余叛军于营外，“掘井得水，掘窖得粟，三月不困”，使围营的叛军大惊，“骇为神”。既然区区3000之军都无法应付，又怎能抵挡号称数万的雄师？

闰六月十四、十八日，清军分别进入喀什噶尔、叶尔羌。富德率部追击叛首。明瑞部千人于霍斯库岭同叛军6000人交战3小时，歼叛军500人。七月初七日，富德于阿尔楚山追及小和卓，歼叛军千余人，阵斩其骁将阿布都。七月初十日，大小和卓于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。巴达克山汗索勒坦沙在阿尔浑楚岭战斗中擒大小和卓。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。

其实，兆惠很早就参与了保卫祖国边疆的战斗。

乾隆十九年，乾隆帝同臣下积极筹划西征事宜，他命兆惠协理北路军务，并总理粮饷。这样，兆惠肩负着重大使命，开始为出征准部的军队准备军需物资。

乾隆二十年，清军分西、北两路大举进攻达瓦齐，兆惠很想随军出征，但未被获准。这时，乾隆帝遂命兆惠为领队大臣，驻军于乌里雅苏台。乾隆二十年八月，阿睦尔撒纳兴兵进犯伊犁。当时留守该地的仅有500名士兵。在敌众我寡的形势下，伊犁再次失守，清政府闻变，于同年十月命兆惠总理北路台站，维护天山北路与内地的通讯联络。十一月，又调兆惠赴西路巴里坤办事，兼理额林哈毕尔噶台站，为进剿阿睦尔撒纳筹备粮饷。

二十一年正月，乾隆帝命兆惠任参赞大臣。同年三月，清军再次收复伊犁，乾隆令兆惠自巴里坤移驻伊犁，随时准备增援。又于同年五月，授兆惠为定边右副将军。这样，兆惠就由过去主要负责军队的后勤供应事宜，而成为直接指挥军队作战的将军了。后来，准噶尔部的骚乱再度发生，伊犁处于叛军的包围之中，情况十分危急。兆惠奉将军达尔党阿之命，率1500骑兵自伊犁东还请援。十一月启行，叛军前来截击，双方首战于鄂垒，次战于库图齐，再战于达勒奇。兆惠率清军奋勇冲杀，前后消灭叛军数千名。

乾隆二十二年正月，兆惠率兵至乌鲁木齐，又遭到大队敌军的围攻。清兵无不以一当百，苦战十余日，犹不得出重围。军中无食则杀弱马，弱马杀尽只好杀良马。最后军中无马可骑，将士只得步行于冰雪淖中，且战且走，二十二日至特纳格尔。此时将士们又疲又饥，不再能战，只好结营自守待援，而天又降大雪，得不到驿站传递信息，与外界完全失去了联系，兆惠军已处于全军覆没的危险境地。幸亏巴里坤办事大臣派遣侍卫率兵2000人前来增援，于三十日和兆惠会合，叛军始退。

乾隆帝闻讯，特颁发谕旨，对兆惠大为嘉奖：“兆惠系驻扎伊犁等处办事大臣，适遇厄鲁特等背叛，奋勇剿贼，甚属可嘉。”“封兆惠为一等伯，世袭罔替，并将御用荷包、玉牒、鼻烟壶加恩赏赐。”不久，又授兆惠为户部尚书、镶白旗汉军都统和领侍卫内大臣。兆惠在这次突围战中的突出表现使他声名大震，乾隆帝也以此而知兆惠可担当讨敌重任，于是兆惠成为驰骋两北边疆的主要统帅之一。