公元1755年，清高宗乾隆登基20週年，乾隆想一展內心的抱負，決定出兵伊犁，一舉蕩平準噶爾。準噶爾部落首領噶勒藏多爾濟畏懼清朝軍隊，在稍作抵抗之後，投降清朝。正在乾隆大喜過望時，準噶爾的另一位首領阿睦爾撒納叛變，駐紮在伊犁的清軍被圍，清軍著名將領班第以身殉國，清朝名臣鄂爾泰的長子鄂容安帶兵突圍未果，被逼自殺。這一消息讓乾隆極度震驚，乾隆此時從京城派兵已經來不及，爲了挽救局勢，乾隆只能賭一把，派戶部侍郎、參將烏雅·兆惠從烏里雅蘇臺帶兵火速援救。

兆惠是戶部筆帖式出身，從未獨立領兵打過仗。他的任務是在後方籌備糧草，乾隆爲何要安排兆惠去解圍呢？因爲當時離伊利最近的是定西將軍永常，但永常聽聞前方將士被圍後，不去援助，反而下令撤退。事出緊急，乾隆無人可用，只有把兆惠頂上去，因爲離伊犁最近的，只有兆惠負責押運糧草的兵馬。兆惠接到命令後，一刻不敢耽擱，立即衝上前線，沒想到的是，從來沒獨立帶過兵的兆惠，竟然是一名軍事天才，他力挽狂瀾，擊退叛軍，解了伊犁之困。乾隆大喜，命兆惠統領伊犁清軍，經過一年多的努力，兆惠收復了伊犁。然後轉戰天山北麓，收復了天山北麓的所有區域。

兆惠立此大功，乾隆十分欣喜，加封兆惠爲一等伯爵，世襲罔替。實際上，在這次準噶爾之戰前，乾隆在第一次大小金川之戰中，就注意到了兆惠。當時兆惠僅僅是一個運糧官，但他犀利地發現了個別將領喫空餉的情況，上報乾隆，乾隆派軍機大臣傅恆查實之後，嚴懲不法分子，兆惠因此被升爲戶部侍郎，得以入值軍機處。

兆惠在準噶爾之戰後，回部又爆發了大小和卓叛亂，乾隆命雅爾哈善前去清剿，可惜雅爾哈善只會紙上談兵，清軍敗退，乾隆又一次把兆惠推上前線。兆惠帶領3000多精兵，在沙漠中急速行進1500裏，到達黑水營。在這裏，兆惠組織了著名的“黑水營之戰”，兆惠僅有3000人，力戰三個多月，最終取得勝利，平定叛亂。此戰之後，兆惠被封爲一等武毅謀勇公。

兆惠參加了第一次大小金川之戰，指揮了兩次準噶爾之戰，逆轉了大小和卓叛亂，他收復了天山南北約190萬平方公里的國土，佔了整個清朝國土面積的六分之一，同時，也是現在中國國土面積的五分之一。據《民族與法制報》刊登的《兆惠將軍新疆平叛》一文中評價是：兆惠是中國有史以來，收復國土面積最多的一位將領。兆惠班師回朝時，乾隆在京城南郊舉行迎接大禮，乾隆皇帝親自爲兆惠牽馬，並且和兆惠並列入城。兆惠的畫像被乾隆掛在中南海紫光閣第二位。

兆惠在抵抗外敵，收復國土方面的功績卓著，按理說他應該和衛青、李靖、徐達等名將齊名。但因爲清朝是少數民族政權，而兆惠又是滿洲人，因此兆惠的功績很少有人宣揚，他的名氣也很小。實際上，兆惠收復新疆，比左宗棠的功勞更大。

兆惠59歲那年，被乾隆派到江南視察河工，疏通水道，在長期潮溼的環境中，兆惠舊傷復發，回京後病逝。乾隆親自出席他的葬禮，賜太保，諡文襄。在葬禮上，乾隆把自己和令妃所生的九格格許配給了兆惠年僅8歲的兒子，也算是對這位功臣最大的肯定了。