二十二年三月，乾隆命定边右副将军兆惠出西路，大举征伐厄鲁特叛军，兆惠乘势长驱直入，连战连胜，厄鲁特各部溃不成军，其首领也先后败死，只有阿睦尔撒纳未被擒获，又逃到哈萨克。同年六月，兆惠和富德率军穷追至左哈萨克。时阿睦尔撒纳与哈萨克汗阿布赉不和，阿布赉派人和清军联系，准备将阿睦尔撒纳擒获并献给清朝。阿睦尔撒纳害怕了，仅与部属8人徒步逃入俄罗斯。乾隆帝认为，“逆贼一日不获，西路之事一日不能告竣”，命理藩院向沙皇政府行文，要求把阿睦尔撒纳引渡回来。经过再三交涉，俄国政府才把患天花已病死的阿睦尔撒纳的尸体移交清朝官员验看。
阿睦尔撒纳虽然败死，但厄鲁特叛军却未完全平定，他们采取时聚时散的方式，寻找机会袭击清军。乾隆二十三年正月，已被授为定边将军的兆惠奉命进剿厄鲁特叛军余部。兆惠遂将军队分成四路，四路大军最后要在伊犁会师。在清军的锐利攻势面前，厄鲁特叛军余部纷纷溃逃。
兆惠率清军在黑水营之战中所表现出的顽强的斗志，乾隆帝更为欣喜，颁发谕旨，对兆惠大加嘉奖：“忠诚勇敢，朕实深为嘉予。兆惠著由一等武毅伯加二字，晋封为武毅谋勇一等公。”他还撰写《黑水行》，纪述黑水围之战，对兆惠极尽赞扬。
乾隆帝为嘉奖兆惠在平定天山南路所立下的功勋，加赏他宗室公品级鞍辔以示宠异，还授他的一个儿子为三等侍卫。十一月，兆惠上奏，认为要使天山南路永息干戈，“仍须驻兵弹压。请于叶尔羌驻一千，喀什噶尔驻一千，英噶萨尔驻五百，阿克苏、乌什等处亦酌派兵驻守。并令各城伯克轮班入觐”。乾隆帝批准了兆惠所拟定的这些善后措施。
乾隆二十五年正月，兆惠率西征军凯旋回京。乾隆帝亲自出京城到良乡，“于城南行郊劳礼”，对兆惠大加抚慰，赏赐御用朝珠与良马，并和兆惠一同回城。乾隆给足了兆惠尽可能的恩宠，随后又在丰泽园宴请兆惠，赏赐给他许多银币。兆惠的图像被陈列在紫光阁。同年二月，兆惠以一等武毅谋勇公、户部尚书入直军机处。乾隆二十六年又授兆惠协办大学士兼管刑部尚书。
乾隆二十八年十月，对兆惠加太子太保。
乾隆二十九年十一月，兆惠去世。乾隆帝亲临兆惠府第祭奠，并当即把公主许配给兆惠之子扎兰泰，并赋诗悼念，又下令加恩晋赠太保，入祀贤良祠。十二月谥号“文襄”。
兆惠死了，但是，他大半生征战疆场，出生入死，劳苦功高。他对维护祖国统一，保外边疆所做的贡献，将永留史册。
