乾隆三十八年（1773年）二月，海兰察率军抵达今四川小金县西北的昔岭。途中，他攻克了苏克奈的两个敌军哨卡，并占据了木果木（今四川金川县卡撒乡）后山。随后，海兰察与领队大臣额森特的部队会合，共同作战，成功夺取了五个敌军碉卡。在极为恶劣的气候条件下，海兰察指挥士兵们凿冰开道，仅用一天时间便抵达了固木卜尔山。此山连接着昔岭山脚，而昔岭则布满了敌人的碉堡，形成了对清军的强大阻碍。
面对如此复杂的地形和敌人的坚固防线，海兰察与额森特制定了详细的作战计划。他们将部队分成六队，集中兵力先后攻下了第九、第十二、第七、第八号碉堡。在夜间，海兰察巧妙地部署了假撤退战术，诱使敌人追击，然后伏兵四起，击毙了两百名叛军。针对最为坚固的第五号碉堡，海兰察指挥火炮昼夜不停地轰击，最终将其摧毁。接着，海兰察率军进攻达扎克角山梁，成功夺取了斯东寨。
按照乾隆帝指示的地图，海兰察再次调整部队，进攻功噶尔拉山口。五月，他返回昔岭，建造了与山齐高的炮台，对守敌进行了猛烈打击。然而，六月间，后方的叛军攻陷了底木达，并推进到了登春。海兰察急忙回师迎战，正当战斗激烈之际，忽然得知木果木大营告急。第二天，大营失陷，将军温福殉国。海兰察立即命令领队大臣富兴整理部队，自己则亲自殿后，连夜撤退至功噶尔拉，与总兵牛天畀的军队会合。考虑到功噶尔拉也无法久守，海兰察决定与额森特等人合军撤退，并于当天晚上驻扎在崇德。次日，他们抵达美诺，与领队博清额、五岱、和隆武的军队会合。海兰察向乾隆帝上疏请罪，乾隆帝则下诏鼓励他冷静应对，鼓舞士气，争取再立新功。
在经历了这次失败之后，海兰察与五岱共同守卫美诺，成功击退了叛军的多次进攻。面对士气低落的局面，海兰察建议遣返那些胆怯的士兵，以保持军心，乾隆帝采纳了他的建议。七月，叛军再次发动大规模进攻，导致美诺、明郭宗等地相继失守，海兰察被迫退至日隆。乾隆帝对此表示不满，命阿桂按律处置。然而，阿桂在调查后认为，海兰察虽然在军队溃散时表现英勇，但在平时缺乏严格的军纪训练，为此海兰察被降职为领队大臣。
乾隆三十九年（1774年），海兰察继续参与对叛军的作战。在阿桂的指挥下，海兰察率领五千人从明郭宗向谷噶山进军，又与保宁率领两千人绕行八十余里攻打登古山。在激战中，海兰察表现出色，被乾隆帝特授为内大臣。随后的日子里，海兰察屡次攻克敌军要塞，展现出其卓越的军事才能。
乾隆四十年（1775年），海兰察从康萨尔分路进剿叛军，占据了山沟的碉寨，并在次年攻克了甲尔纳沿河的诸寨。叛军自噶尔丹寺前来救援，海兰察将其击败。四月，将军阿桂令他前往宜喜，与明亮会合侦查大军进军的道路，准备合攻。
乾隆四十一年（1776年），海兰察攻克了舍齐、雍中两寺，屯兵噶拉依河岸，把守险要地带。不久，与福康安、普尔普等一起截断了噶拉依右路，攻克了大石卡，转移火炮进击扎木什克寨。二月，大金川的头目索诺木束手就擒，金川之乱被平定。清廷加封海兰察为一等超勇侯，并赐双眼花翎。清军回到京城之后，乾隆帝亲自到良乡城南慰劳，赐给他御用鞍辔和御马一匹。海兰察的画像被悬挂于紫光阁，位列前五十功臣，乾隆帝亲自题写赞词，表彰其功绩。
乾隆四十三年（1778年），海兰察被授予正黄旗领侍卫内大臣之职。乾隆四十五年（1780年），他又被补充为公中佐领。
三、镇压回民起事
乾隆四十六年（1781年），甘肃和青海地区爆发了回族和撒拉族的反清起事。面对这场动荡，清廷派遣海兰察前往镇压。四月，海兰察率军抵达兰州，并指挥军队攻打龙尾山。当时的回军选择在山洞中据守，利用地形优势进行防守。随着阿桂的到来，海兰察被委以重任，统辖诸军，指挥作战。
同年五月，海兰察与明亮、额森特等将领一起分左右两翼进入山区，对回军展开围剿。在越过水磨沟后，海兰察迅速率部登上华林山。回军看到清军攻势猛烈，感到恐慌，纷纷出洞迎战。清军采取了诱敌深入的战术，假装撤退，诱使回军追击。待回军进入预设的伏击圈后，清军从两侧杀出，给予回军重创。在战斗过程中，回军见到海兰察骑马出现在战场上，纷纷溃逃，清军借此机会进一步打击了回军的士气。
到了闰五月，海兰察采取了更为灵活的战略。他指挥阿拉山的骑兵绕到华林山的江南侧，预先埋伏，等待回军出现。同时，海兰察亲自率领训练有素的部队，攻取了回军的四个堡垒。在这次激烈的战斗中，海兰察身先士卒，不幸中枪受伤。乾隆帝得知海兰察的伤情后，特别下令阿桂好好安抚他，表彰其英勇行为。
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