55年），随着准噶尔部台吉噶勒藏多尔济的归顺，兆惠的任务也相应调整，他被指派驻守乌里雅苏台，并负责管理牲畜分配。然而，就在这一年，厄鲁特辉特部台吉阿睦尔撒纳突然叛变，攻陷了伊犁。面对突如其来的变故，乾隆帝迅速作出反应，命令兆惠移驻巴里坤，同时监管额林哈毕尔噶台站，确保战略物资的安全运输。
乾隆二十一年（1756年），清军在战场上取得了胜利，击败了阿睦尔撒纳，收复了伊犁。由于原定西将军策楞在指挥过程中表现不佳，乾隆帝召回兆惠，并授予他镇守北疆的战略规划任务。在兆惠尚未回京之前，策楞因谎报军情被解职，兆惠被任命为定边右副将军，负责伊犁地区的善后工作。
然而，平静并没有持续多久。厄鲁特蒙古内部的宰桑们密谋叛乱，噶勒藏多尔济秘密告知兆惠，巴雅尔即将入侵他的领地。兆惠迅速采取行动，派遣宁夏将军和起带领士兵前往驻守，但不幸的是，噶勒藏多尔济的侄子扎那噶尔布及其他宰桑在途中叛变，导致和起阵亡。
面对这一紧急情况，兆惠亲自率领五百伊犁军士迎战，与叛军达什策零进行了激烈的战斗，最终击败叛军，并继续追击至库图齐。在随后的战斗中，兆惠再次击败达勒奇，歼灭叛军数千人。
乾隆二十二年（1757年），兆惠率领的清军抵达乌鲁木齐，与集结于此的叛军进行了多次激战。由于天气恶劣，清军在特讷格尔被叛军包围。关键时刻，巴里坤办事大臣雅尔哈善派出援军，成功解救了被围困的兆惠部队。乾隆帝得知兆惠英勇作战的消息后，对其予以嘉奖，授予他一等武毅谋勇公的爵位，并任命为户部尚书、镶白旗汉军都统、领侍卫内大臣等职。
三、转战回疆
乾隆二十二年（1757年），兆惠在平定准噶尔叛乱的同时，发现了回部头人波罗尼都（大和卓）与霍集占（小和卓）有叛乱的迹象。面对这种情况，兆惠一方面派遣参赞大臣富德去追捕叛逃的阿睦尔撒纳，另一方面则率领自己的部队停留在济尔哈朗，以便随时支援富德的行动。然而，乾隆帝认为兆惠在处理回部叛乱和追捕阿睦尔撒纳之间未能妥善平衡，批评他轻重不分。
在接到乾隆帝的责备后，兆惠迅速调整策略，继续北进，并派遣使者前往哈萨