自康熙二十九年乌兰布通之战始，至乾隆二十四年大小和卓的平定，清廷历康熙、雍正、乾隆三朝，在西北进行了大规模的军事行动并以胜利告终。在这一时期，随着战争的变化，甘肃绿营兵的布防区域及其兵数的增减都产生了很大的变化。
甘肃境内的河西走廊是古代中国西北地缘政治中的战略要地，但河西走廊的畅通又与新疆地区的稳定密不可分，所以，清廷西北用兵时期甘肃绿营兵除在军队整体兵力增加比其他各省较多外，其内部驻防的明显特点是布防重点逐步由河东转向河西，加强了河西一提三镇的驻军。准噶尔部首领噶尔丹早在三藩之乱就有反叛之意，清廷由于内乱无暇顾及，三藩之乱后，经过一定时期的恢复与调整。
康熙二十九年六月，噶尔丹引兵二万袭乌珠穆沁部，于是命裕亲王福全为抚远大将军屯兵乌兰布通，八月，两军激战乌兰不通，噶尔丹败走，并“顶威灵佛，誓不犯边”。康熙三十四年九月，噶尔丹率兵沿克鲁伦河侵略至巴颜乌兰，但不犯漠南，其后，噶尔丹欲借沙俄势力，大举进犯。
于是，抚远大将军费扬古驰赴归化城调陕甘兵出宁夏，数日后，各路军会与昭莫多，于康熙三十五年六月大败噶尔丹。康熙三十六年，噶尔丹穷途致死，策妄阿拉布坦启用其父旧臣，使准葛尔部日渐强盛，康熙五十四年三月，策妄阿拉布坦引兵出哈密北境。八月至巴里坤，在哈密附近驻屯。康熙五十六年七月，准兵入藏，清廷驻巴里坤、西安、宁夏等地八旗、绿营兵经过数月激战，由于准兵据河据守，清军于五十七年尽覆哈喇乌拉河。
康熙五十九年，康熙帝启用年羹尧、岳钟琪等一批年轻的将领，于六十一年平定准兵叛乱。雍正元年，罗卜藏丹津叛乱，针对当时的叛乱形势，清政府采取措施，命川陕总督年羹尧为抚远大将军，征调川陕官兵进驻西宁，又命四川提督岳钟琪为奋威将军，同时于各主要关口驻兵，于雍正二年二月平定叛乱，并于一七二五年，改西宁卫魏西宁府，下设两县、一卫，即西宁县、碾伯县、大通卫，命副都统达算为首任“办理青海蒙古番子事务大臣”,管理青海政务。雍正五年，侧妄阿拉布坦死后，噶尔丹策零继为噶尔丹领袖，逐步进行对外扩张的准备，清廷也加紧了军事部署，雍正五年八月，雍正九年，北路傅尔丹统率的清军进驻科布多。噶尔丹策零得知后于和通泊伏击了清军。
噶尔丹策零取得和通泊战役胜利后，进一步滋长了扩展势力野心，雍正十年，与清军交战于光显寺，光显寺一战之后，准噶尔部损失惨重，与清廷议和。清廷与准噶尔部割据势力之间的矛盾，暂时得到缓和，以后维持了将近二十年的和局。雍正十年，西北边睡局势基本趋于稳定，清廷与准噶尔议和，当初为应付紧张局势从各地调来驻甘军队开始回撤。乾隆十年，准噶尔部分裂，内部为争夺汗位，四分五裂，早在这之前，清廷就有统一西北的意图，于是借此机会，乾隆二十年，清廷出两路大军开始统一西北边疆。经过两年的平叛战争，陆续平定了达瓦齐、阿睦尔撒纳等割据势力，不久，新疆大小和卓叛乱。
乾隆二十三年十月间，开始平叛战争，开始叛军以逸待劳且数量庞大，兆惠所率三千清兵被一万叛军围于黑水营，历时三个月，乾隆二十四年，清军解黑水之围，同年夏，清军分两路进剿叛军，叛军首领霍集占被杀，大小和卓叛乱平定。至此，西北平定，清政府在新疆实行军府制。乾隆二十四年西北边睡战事结束，清政府开始调整在甘肃的军事部署，这一时期，乾隆二十五年陕甘总督驻扎甘州。这一时期，由于清廷加强了对新疆地区的控制，陕甘等地绿营八旗陆续移驻伊犁、乌鲁木齐等地，使其成为甘凉门户，河西等地作为战略要冲的地位降低，甘肃绿营官兵逐渐移驻内地。
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