康熙亲政以后，一直在寻找机会反击入侵黑龙江流域的沙俄侵略军。
从康熙十七年到二十一年间，沙俄又扩大侵略范围，先后在精奇里江、西林穆丹河、额尔古纳河、牛满江以及恒滚河等河口岸边修建据点，屯兵驻扎。
康熙二十一年十一月八日和九日，盘踞在雅克萨的侵略者丘尔卡等，公然把中国猎人额提儿克等20多人锁进屋里，放火烧死。沙俄军队的暴行极大地激怒了中国人民，也使玄烨下了反击侵略者的决心。
为了有力地反击侵略者，玄烨进行了充分的准备。他于康熙十年、二十一年两次巡幸东北。随后，又派郎谈等以打猎为名，对驻雅克萨的俄军进行侦察。接着，开始调集军队，在黑龙江建城驻兵，又大开屯田，准备积贮，并开辟由辽河、松花江到黑龙江的水陆联合运输线，开设从吉林到瑷珲、从墨尔根到雅克萨的驿站。康熙二十四年五月，由彭春率领的3000名清军到达雅克萨附近。这些士兵包括驻瑷珲的乌拉、宁古塔兵1500名，索伦、达斡尔兵500名，新调之京营八旗五六百名，以及玄烨亲自组织的善用藤牌大刀的汉族官兵420名。本着先礼后兵原则，彭春派被俘俄人进城送信，阐明兴师之由，劝告俄军撤回雅库。盘踞在雅克萨的侵略军头目托尔布津恃城防坚固，不肯撤走。清军决定发起强攻。五月二十四日晚，清军在城南建立档牌土垄，布置--，佯作攻击之势，而暗中将红衣大炮架设在东西两翼。次日黎明，攻城战开始。清军的大炮开始轰击。炮弹，轻的每发10斤，重的每发十六七斤，威力很大。在清军的炮火下，敌人的塔楼、城堡、教堂、钟楼、店铺和粮库顿时成为一片火海。俄军被击毙一百多人。城内有两个神父，一个叫叶尔莫根，一个叫伊凡诺夫。最初，他们曾鼓动俄军反击，没想到清军的炮火会如此厉害，现在，他们反过来劝说托尔布津投降了。这样，在雅克萨盘踞了40多年的俄国侵略者，终于打着白旗向清军投降。
彭春按照玄烨的指示，善待一切俘虏，不误杀一人，并在保证不再重犯的条件下，释放全部战俘。俄军举行投降仪式之后，清军即将700余名俄国俘虏送至额尔古纳河口，遣返回国。另有一些不愿意归国者，彭春也遵照玄烨旨意，安插到盛京。
雅克萨之战，几乎全部是按照玄烨的意图进行的，实现了玄烨预期的目标，因而，统率者彭春受到了玄烨嘉奖。
然而，托尔布津不甘心失败。他回到尼布楚后不久，就派人回到雅克萨侦察。当确信清军已经撤走，庄稼无恙时，他又带领671人、5门铜炮、3门铁炮以及大批枪支弹药，返回雅克萨。在被清军摧毁的城堡下面又重筑了一座设有全套防御工事的城堡。
玄烨是在康熙二十五年二月十三日，即在事过数月后才得到俄军重新侵占雅克萨的确切消息的。他立即降谕：任命萨布素为统率，带领乌拉、宁古塔官兵及福建藤牌兵共2400人，火速赶往雅克萨，在俄军没有完成积粮之前，将俄侵略军赶回去。
五月底，萨布素率所部2000多人来到雅克萨，驻兵城外，晓谕托尔布津离开该城。托尔布津不仅不撤，反而首先开炮遥击清军，并连续四次出城，攻击清军。战斗连续进行了四昼夜。六月初，清军从南北两个方向向城区发起猛攻，激战数日，击毙俄军100余名，其中包括托尔布津。托尔布津死后，拜顿接替托尔布津指挥侵略军抵抗。由于新修的城堡比较坚固，一时难以攻克，萨布素便改变了作战方针：由速决改为长期围困。清军在城周围筑垒挖壕，以防备敌军突围。
围困一直持续到年底。由于粮食和饮水都极度缺乏，城中沙俄士兵多半都患上了马腺疫、败血症，死亡严重。到这年年底时，沙俄占据雅克萨的士兵由原来的800多人降为几十人。
在雅克萨战役进行期间，玄烨多次向沙皇发出和平倡议，都被沙皇拒绝。但当沙皇得知俄军在雅克萨严重失利的消息后，大吃一惊，马上表示愿意按受停战谈判。
复旦大学历史地理研究所教授侯杨方指出，当时在尼布楚地区游牧的是蒙古布里亚特部落，他们在当时并不属于清朝，清朝也从未对当地实行过有效统治，否定了“清朝割让了领土给俄罗斯”的说法。他亦指出，条约签订时，喀尔喀蒙古也不属于清朝。
俄罗斯则称此条约为不平等条约。俄方认为俄国以失去大片领土的代价与清代中国达成了和解，由于签署了《尼布楚条约》，导致从来不属于中国的阿穆尔河上游左岸和额尔古纳河右岸大片俄罗斯的土地被划归中国。俄罗斯远东考察家涅维尔斯科伊认为，被迫签署《尼布楚条约》，对俄国人而言是“悲惨的结局”俄罗斯声称1858年，在《瑷珲条约》中收复了在《尼布楚条约》中被中国人强占的失地。
