在台湾问题上，康熙一直坚持：“主权领土是涉及国家大利害的问题，在这个问题上，必须寸土必争，不容有丝毫让步。”因此，在是否留守台湾这个问题上，康熙目光长远，坚持抵制放弃台湾的声音，在台湾设立府县，建立长期驻军的制度，这对于祖国统一和台湾的发展有着深远的影响。
康熙十九年（1680年）郑经返台后，纵情酒色，怠闻军政，将台湾事务均委与长子郑克臧与大臣陈永华。康熙二十年（1681年）三月十七日，郑经于台湾承天府去世，终年40岁。
郑经死后，由长子郑克臧继位，郑克臧知书达礼，是一个合格的接班人，而且早在康熙十八年（1679年），郑经率师西征时，就留他奉命监国，由其岳父陈永华辅政。
但随后，郑氏集团内部再次发生内乱，冯锡范、刘国轩发动政变，郑克臧被杀，年仅十二岁的郑克塽被拥立继位，政权内部人心不稳，冯锡范为了立威，准备杀人，军中上下都打算向大清投诚，这样一来，整个郑氏集团已经是摇摇欲坠了。
此时，姚启圣立即上疏朝廷，建议趁机攻取台湾，康熙立即召开朝廷内部会议，商议具体策略，李光地举荐施琅重新担任福建水师提督，因为施琅精通水上情形，且富有战略思想，整个郑氏集团听到其名都闻风丧胆，姚启圣更是一再举荐，而施琅曾经在四大臣辅政时期所上的《尽陈所见疏》此时也被重新提上日程。
从施琅的自身条件来看，他的确是攻台清军主将的合适人选。首先，施琅生长在海边，自幼随父从事海上贸易活动，精通航海，对海疆的气候、地理等方面的情况了如指掌，施琅从军后，转战东南沿海，有丰富的海战经验。其次，施琅通晓兵法、战阵，并一贯主张以武力统一台湾，所以多年来精心谋划对台用兵方略，提出“因剿寓抚”的战略方针及一整套实施方案，不但周密完备，而且是切实可行的。再次，施琅是从郑氏阵营中反叛出来的，他熟悉台湾郑氏集团内情，他的智勇韬略也一向为郑军官兵所畏惧，他在郑氏集团中的故旧很多，为他争取内应和进行情报工作提供了便利条件。最后，施琅不但是武力统一的坚决拥护者，而且对统一充满信心。
然而，在这一问题上，施琅并没有立即答应下来，而是对康熙说：“收复台湾，是我们大家的夙愿，皇上英明，我也想略尽自己绵薄之力，但我是汉人，又是投降过来的，我的处境恐怕要辜负您的厚望，再说，自从我朝建立起来，每次出征，都是满族王公贵族挂帅。”
康熙语重心长地说：“你的顾虑和难处我能理解，你不要担心，我让你挂帅，不是一时兴起，而是经过深思熟虑的，虽然满族的文武大臣很多，但是说到水战经验，没有一个人比得上你，十三年前，你提出的建议很好，我就知道你有把握，我也了解你，听说你一有时间，就阅读史书和兵书，经验丰富……”
“是的，因为我想成为一个有文武才干的有用之人。”
康熙听到施琅这么说，便点头道：“这就对了，你平时就是一个很努力的人，刚才你说到身份的问题，在我这，我只任人唯才，我不计较这个人的身份是汉人还是投降过来的人，只要是有才干的，我都会重用，以前的王辅臣，几次三番叛变又投降，我都没计较，而汉族的将领赵良栋、张勇等人，我也是论功行赏，对于勒尔锦，我也是犯了错就惩罚。”
施琅大为感动：“既然皇上如此信任微臣，我就是战死沙场，也虽死无憾了，收复台湾，从国家来说，是一项伟大的事业，从我自身角度看，我的父亲和弟弟都被郑成功杀害，我怎能不尽力？不过，请皇上放心，战场上我不会计较个人私仇，会以国家利益为重的。”
“那我等你凯旋。”
于是，施琅终于复任福建水师提督之职，加太子少保衔。施琅还请求专征之权，总督和巡抚只负责后勤给养，不必干预军务，但是这一点被否决了，施琅明白朝廷还对自己心存疑心，万一有人打自己的小报告，自己跳进黄河也洗不清了，所以他请求皇帝能让身边的侍卫吴启爵陪同自己一起前往台湾战场，这样，皇帝便放心了。
但是他的这一提议又被兵部否决了，他们的意见是，如果皇帝身边的侍卫都能发号施令，这与当年派太监监军有何区别，如此很容易造成军机贻误，但是康熙能明白施琅的用意，所以极力为施琅说：“一个小小的侍卫，在京城对于我来说也没什么用，到了台湾，还可以通消息，就按照施琅的想法做吧。”
于是，康熙为施琅设宴饯行。1681年，施琅赴福建。回到厦门后，便夜以继日、废寝忘食，一边整船，一边练兵，兼工制造器械，亲自挑选工匠和船，历时数月，使原来全无头绪的水师船坚兵练，事事全备。
但就在即将进兵的时候，施琅和姚启圣针对如何攻取台湾的问题发生了分歧，这主要表现在：
第一是在台湾和澎湖两个地方，到底先攻取哪个。姚启圣认为他可以与施琅各率一支船队，同时攻打，一旦拿下台湾，澎湖就手到擒来了。
施琅的意见则相反，他认为只要拿下澎湖，就抓住了要塞，他说：“郑军中当属刘国轩最为骁勇善战，如果刘国轩被我们打败。那么台湾就能不战而降。”在他看来，即使集中兵力也难以取舍，更别说分路攻击了。一起攻击，如果其中一路失败，另外一路也会受到影响而导致整个战局失败。
第二是如何利用风向的问题。姚启圣认为可以利用北风，而施琅则认为，北风猛烈，规律难以掌握，南风温和，将士们不会晕船，而且在风的上风流，更容易取胜。
二人在这一问题上各执己见、互不退让，这种情况下，施琅给康熙递了一份奏折，希望康熙能给自己专职之权。
对于海战，康熙并不熟悉，所以也不好拿主意，所以他召来议政王大臣进行商议，在听取他们的意见时，武英殿大学士明珠认为，一人带兵进剿，可得行其志，而两人一同领军，未免会彼此掣肘，有诸多不便，所以只需要施琅一人前去便可。
明珠是首辅大臣，他的话大家都很认同，康熙也同意，于是就改变了原来合兵进取的办法，决定让施琅独立专任，并相机而动，让总督和巡抚只负责运送粮饷，不干涉带兵打仗的事。
台湾方面，早在康熙二十年（1681年）的农历九月，当时康熙让施琅担任福建提督的消息传到郑氏家族内部的时候，他们就惶恐不安了，他们知道施琅的能耐，但此时，他们一时搞不清楚清军的意图，所以对于如何防御，也就找不到突破口了。可巧这时破获了两名要员给姚启圣的一封密信，写有“澎湖无备，可速督兵前来，一鼓可得。若得澎湖，台湾即虚，便将起兵相应”的内容。如此，郑氏集团才在澎湖的防守上加了重兵。
郑克命刘国轩为正总督，统管水路两军，将士达两万余人，战船二百余艘，自副将以下，都有先斩后奏的权力，又命令征北将军曾瑞、定北将军王顺为副，共守澎湖。
康熙二十一年十月，康熙给施琅的专征台湾的命令才收到，彼时的施琅集结了各路总兵在海上进行操练。
他接到命令后，为了扰乱郑氏集团的视线，一直对外宣布消息称自己要利用北风进攻台湾。到十一月，又对外说北风太过强劲，不利于打战，令各部仍回原地待命，自己率船队又回厦门，此时，镇守澎湖的刘国轩也糊涂了，不知道他葫芦里卖的什么药，连福建总督姚启圣也弄不清楚施琅意欲何为，此时，他就派了一个副将到台湾去招抚，心想可以借助施琅的威慑力招抚成功，而自己能捞到主要功劳。
康熙二十二年（1683年）正月，郑克在被招抚后回信，称坚持照朝鲜例，称臣进贡，不剃发、不登岸。姚启圣奏报了朝廷，康熙的答复是“台湾城，皆闽人，不得与朝鲜等比”。姚启圣招抚虽未成功，但起到了麻痹郑氏集团的作用，为后面使施琅能出敌不意地进兵作了铺垫。
在六月份以前，清军做好了一切准备，部队已经集中到铜山。六月十一日，施琅召集了各镇、协、营、守备、千总、把总等随征军官，将“先锋银锭”放在桌上，传令给大家：“进兵澎湖，谁敢为先锋者，领取，以便首先冲锋破敌。”传令好长时间，没有人出应。忽然，提标署右营游击蓝理挺身而出，领取了银锭。施琅在诸将面前，大大赞扬了蓝理的勇敢精神。
六月十四日凌晨，施琅率领水师官兵2万余人、各类战船300余艘从铜山起程。澎湖郑军大将刘国轩对施琅集师于铜山的消息，早已知道，但他认为六月份是飓风骤发季节，施琅又是深谙海上风浪的人，此时不会冒险出兵的。
十五日晨，刘国轩突然收到消息，称前方清军战船已经乘着风浪逼近，心中惊恐不已，慌忙命令各岛守将，移大炮罗列海岛应战。施琅带领清军以迅雷之势迅速占领了澎湖以南的主要岛屿，第二天命令全师出动，向澎湖本岛进攻。但在前进的途中遇到了逆风，清军战船被郑军大队战炮包围，施琅乘船冲入重围解救，但是不小心被炮火击伤了右边的眼睛，不得不命令战船结束战斗，初战失利。
二十二日，在经过五天的休整后，施琅决定分兵与澎湖郑军守军展开了决战。两军对战时恰巧遇到南风大作，海上波涛汹涌，施琅督促战船继续前进，据敌上流，乘势奋击，在这场战斗中，他巧妙地运用了“五梅花”战术（即以船5艘围敌船1艘），一个个包抄围歼，这一场水上战斗打了一整天，以清军大胜结束，郑军死亡1.2万余人，其中副将、总兵以上的将领47人，游击以下军官300余人；焚毁大小战船200余艘，并有军官100多人、士卒4800多人投降。而清军损伤较小，其中官兵死伤300多人，1800多人负伤。刘国轩见大势已去，即乘小船逃回了台湾。澎湖等36个岛屿，逐一被清军占领。
澎湖之战的胜利很快传到了清廷，康熙立即命令将这个消息发散到朝廷内外，随后特派一名施名侍郎赴福建，慰问全体官兵。规定“凡官员俱加一级，兵丁尽加恩赏，以示鼓励”，这一措施给了全体官兵更大的鼓舞。
其中名将蓝理腹破肠流的故事广为流传。当时在澎湖海上时，清军与郑军短兵相接，战舰相向。刘国轩在澎湖岛上还构筑十多座炮台，沿岸筑造短墙，分派重兵把守。蓝理率战船出击，郑军部将曾遂率船迎战。双方从辰时战至午时，海上硝烟弥漫。蓝理越战越勇，突然一枚炮弹飞来，弹片击中其腹部。蓝理倒下，曾遂大叫：“蓝理死了！”蓝理之弟蓝瑶将蓝理扶起。蓝理挣扎着站起来，握紧拳头大喊：“蓝理没死，曾遂死了！”并连呼：“杀贼！杀贼！杀贼！”声大如雷，清军士气大振。
这时，蓝理的肠子已经流出来。族人蓝法为他将肠子捧放入腹，具弟帮他包扎穿衣。蓝理全然不顾，还在大喊杀贼。双方都以铁钩钩住对方船只，向对方掷火箭、火龙、火罐。蓝理命以火药桶攻敌，击沉二艘，烧死无数。郑军被迫败退。
康熙在清廷知道这件事后，很受感动，后来在见到蓝理时，亲自察看他的伤口，将自己亲笔书写的“所向无敌”横匾赠给了他。
郑氏集团澎湖失守，台湾失去了屏障，他们的精良部队已经所剩无几，眼看台湾即将失去，郑氏集团内部大家没了主意。此时，冯锡范站了出来，他给郑克出了个主意，可以召集文武官员讨论对策。大家遂聚在一起，开了个会，会上大家各抒己见，出现了两种主张：
一种是要放弃台湾，逃奔吕宋（今菲律宾），继续反清，冯锡范比较认可这一种观点，会后即组织力量，准备行动。有的还打算在离台湾时，要大抢一把。可这消息一传出，弄得人心惶惶，昼夜不安。
另一种是以刘国轩为代表的一批人，主张接纳清廷的招抚，坚决反对逃奔吕宋。刘国轩耐心地劝冯锡范，现在台湾是众志瓦解，守亦实难，投奔他国，何能成业，不如举全地版图以降。
在听了刘国轩的分析后，冯锡范也觉得很有道理，就主动劝自己女婿郑克降清，郑克经过反复考虑，眼看现在民心尽失，还有谁来为自己死守呢。仓皇逃难，又没有生路，唯一的退路就只有接受清廷的招抚了。
在这个节骨眼上，施琅派使臣前去台湾招抚。开始，冯锡范和郑克又纠结起来，但刘国轩说，自古以来都是识时务者为俊杰，现在大势已去，何必苦苦挣扎，于是，郑克派了礼官郑平英等4人，到澎湖谈判，不过他们还是坚持台湾不登岸的条件，这一点被施琅当场拒绝，在施琅看来，郑氏是因为战败而接受招抚，现在还提无理要求，这分明是搞缓兵之计。便命来使回台湾告郑克，如果是真诚归清，就让刘国轩、冯锡范亲自来本军前请降。
郑克得知施琅的态度很强硬，便又派冯锡范的胞弟冯锡圭、刘国轩的胞弟刘国昌，携带降表到澎湖交给施琅，放弃原来的非要留居台湾的条件，这样，施琅才感觉到对方的态度真诚，便立即将这一消息上报了朝廷，康熙接到郑克块降表后，先交议政大臣讨论，后又征求满汉大学士们的意见，大家都认为可以接受郑克投诚。康熙最后表示：“若不许其投诚，则彼或窜处外国，又生事端，不若抚之为善。”
康熙二十二年（1683年）七月二十七日，康熙对台湾投诚人员颁发了赦诏：“更念以兵力攻取台湾，则将士劳瘁，人民伤残，特下谕旨招降，倘其来归，即令登岸，善为安插，务俾得所，勿使余众仍留原地。”
八月十一日，施琅率官兵前往台湾受降。郑克闻讯，立即派官员挂彩旗、奏乐，坐船出鹿耳门迎接，引导进港。郑克亲自率领刘国轩、冯锡范等重要文武官员，齐集海岸，列队恭迎官兵，然后与施琅等在天妃宫会见。
八月十五日，康熙接到施琅的报告，大为快慰，挥笔写了《中秋日闻海上捷音》一诗，最后两句是：“海隅久念苍生困，耕凿从今九壤同。”康熙将那天自己穿的衣服脱下来，派人疾驰送给施琅，写诗赞扬施琅智勇双全，建立奇功，安定南海疆，流芳百世。后又授施琅靖海将军，封为靖海侯。
十八日，郑克等剃发。施琅当众宣读康熙谕旨：“尔等果能悔过投诚，倾心向化，率所属伪官军民人等，悉行登岸，将尔等从前抗违之罪，尽行赦免，仍从优叙录，加恩安插，务令得所。煌煌谕旨，炳如日星，朕不食言。”郑克等遂遥向京师叩头谢恩。
康熙二十三年（1684年）十二月，郑克等奉朝廷命令到了北京。康熙为郑克等“纳土归诚”的行动，予以肯定和鼓励，特授予郑克一等公爵，刘国轩、冯锡范一等伯爵。将他们都安插在上三旗，拨给了他们田地房产。对同来投诚的2000余名文武官员，4万余名兵士，都命户部作了妥善安置。康熙对刘国轩首先归命，并劝郑克纳土归来，给予很高的评价，亲自召见他，特授为天津总兵官。康熙听说刘国轩家中人口众多，住房问题棘手，遂命户部另外配给他住房。不久，康熙下诏，认定郑成功、郑经并非“乱臣贼子”，将他们父子俩的棺材归葬其故乡福建南安。
收复了台湾后，清廷要考虑的就是台湾的弃留问题了，对此，朝廷内部展开了激烈的争论。有的极力主张“迁其人，弃其地”，有的认为台湾“海外丸泥，不足为中国加广”，只需留澎湖为东南沿海的屏障就行了。就连原先积极主张收复台湾的大学士李光地，也主张将台湾放弃，他认为台湾山高水长、远离大陆，管辖起来尤为费劲，还不如割让给荷兰人，让他们世代进贡，这才是一劳永逸的办法。施琅听到朝臣中出现放弃台湾的主张，便立即向朝廷呈送了《恭陈台湾弃留疏》，在奏折中清晰地说明了自己在台湾当地的调查结果，指出了台湾对于大陆政治的重要性，他表示出坚决反对放弃台湾的决定。随后，福建总督姚启圣等反对放弃台湾的奏章也送到了朝廷。
康熙的想法和施琅等人的不谋而合，他认为必须留守台湾。为了统一大家的思想，就反复征求意见，做说服工作。
有一次，他问李光地，如果台湾被外国殖民者占领，将会对大陆的安全造成什么影响？李光地回答康熙说：“目前没有什么问题，因为有陛下的圣明，几十年可保无事。”康熙批评了李光地，说他目光短浅，只看到眼前：“如此且置郡县，若计到久远，十三省岂能长保为我有？”康熙又问汉人大学士王熙等意见。王熙等同意施琅的看法，认为台湾有地数千里，民众10万，其地甚为重要，一旦放弃被外国人占据，就会成为犯上作乱的人的匿身之地，故以守之为上策。康熙听后说：“若徙其人民，又恐致失所，弃而不守，尤为不可。”便又令议政王大臣会议。结果是一致主张“请守已得之地，设兵守之为宜”。
在大臣中持留守台湾意见的人占大多数，于是，康熙便于二十三年四月十四日，下令设置台湾新的政权机构。将郑氏政权的东宁府改为台湾府，南路设凤山县，北路设诸罗县，在台湾府治所在地设台湾县，澎湖归台湾府直辖。规定台湾府县的官员，由福建总督及巡抚在本省现任官内挑选。经姚启圣等推荐，康熙批准了汉军镶白旗人蒋毓英，为台湾第一任知府。据说蒋毓英上任后，关于他的知府衙门的朝向问题还有个故事。原来台湾的官邸民舍，不知是地理气候的原因还是其他原因，大门都习惯向西开。蒋毓英将知府衙署建在东方坊，将大门向南开，用这种习惯表示和内地的制度一致。
康熙批准设立台湾府后，又采纳了施琅的建议，于台湾建立驻兵制度。计设：台湾总兵1员，水师副将1员，陆师副将2员，兵8000，分为水陆8营；澎湖设水师副将1员，兵2000，分为2营，每营各设游击、守备、千总、把总等官，与内地编制相同。总兵、副将、参将、游击等官，3年与内地转升、轮换，无致久任，永为成例。康熙亲自选定正黄旗参将杨文魁，为台湾第一任总兵官。清廷在台湾建置政权机构，派驻重兵，增强了边防，促进了台湾经济文化的发展。