三月十七日，图海率部抵达平凉。【图海至平凉时间，按《清圣祖实录》卷61载，于康熙十五年五月乙已（二十四）日条下记图海流报：“本月十七日，臣至平凉。”按上下文义，应理解为“本月”即五月十七日至平凉。误。图海于二月二十六日离京，兼程前往，如说五月十七日至，何至行军近三个月？殊不合实情。惟《碑传记·图海传》、《清朝先正事略·图海传》明载三月至平凉。故《实录》所载“本月十七日”，应为三月十七日。】他首先向广大士兵宣布圣祖奖励的旨意，颁发赏银，明军令，申约束，军威大振。圣祖前后增调清军会攻平凉，已达十万人马，【围平凉兵数，《庭闻录》称十万，他书不载。考之实况，各路清兵会师围攻平凉，当不少于十万之数。】全部环绕城外围困。
王辅臣自叛后，始终不离平凉。他明知清军源源不断而来，他及其部属所占的地盘也难以持久地坚守下去。他本来可以突围出去，或去四川，与王屏藩部会合；或南下，向吴三桂部靠拢，这都是一步“活棋”，至少在目前如此，仍能避免被围歼。可是，他没有这样做。究竟出于何种动机，不得而知。从他本人的情况分析，他并非是决意叛清到底，与吴三桂、耿精忠等人还有所不同。叛后，他仍与朝廷维持臣属关系。他迟迟不投降，主要出于畏罪的心理，以为朝廷不会轻易放过他。圣祖对他实行的特殊政策，也牵制着他叛清不会走得过远。他不去四川或湖南，明显地表示出他与吴三桂保持着一定距离，不愿与之合流。他坚持留在平凉，不过是留有同清妥协或归降的余地。他等待朝廷对他的政策做出绝对保证，给予赦免。当然，清军攻他，他不能束手待毙，要较量个高下。
王辅臣以骁勇善战闻名，清将都惧怕他，不敢轻于进兵。他也不把清兵放在眼里，对十万大军的围困毫无惧色。有一次，他登城巡视防务，停在一处，举起一只脚，加一马鬣，斜着眼睛，望着城外密集的清军营垒，轻蔑地说：“这是什么能耐？姑缓其死，稍迟些日子，叫他一切都尽了！”目空一切一至于此。
图海一到平凉，诸将勇气顿增，请命攻城。他不同意，说：“仁义之师，先招怀后攻伐。吾奉天威讨兹凶竖，无虑不克，顾念城中数十万生灵，无非朝廷赤子，遭贼劫持至此，覆剿之下，杀贼必多。俟其向化归诚，以体圣主好生之德，不更美乎！”放弃攻城，仅围困不战，攻心诱降。【《碑传集·图海传》第3册，卷4之6。】
平凉城北，有一座山冈，叫虎山墩，登临其上，可俯视全城。此处关系紧要，是平凉通往西北饷道的咽喉。辅臣部署万余精兵护守此冈，用以保障平凉的安全。
图海严格执行圣祖的作战方针，决定先夺虎山墩。他说：“此平凉咽喉，得此则饷道绝，城不攻自下矣。”【《清朝先正事略·图海传》，卷2，6页。参见《清史稿·图海传》，卷251，9713页。】随即率大队人马进攻虎山墩。叛军前为步兵，后为骑兵，布列火器挨牌迎战，向清军冲来。战斗逐渐向墩上发展，叛军利用地势，居高临下，清军被迫往上仰攻。死伤累累。战斗相当激烈，清军不顾死伤，步步进逼，从上午一直激战到午时，阵杀叛军总兵二人，其兵士被杀的，跳崖死的，不计其数。图海令军士更替轮番进攻，终以重大代价夺取了虎山墩。俯视城中，一切都在掌握之中。【《清圣祖实录》，卷61，8页。】清军把夺取的大炮和自带的重炮运到冈上，向城内发射，城内兵民一片惊慌，图海趁城内兵民惶惶之际，特派幕客周昌进城劝降。周昌，字培公，荆门儒生，善计谋。他曾佐助“振武将军”吴丹有功，授以七品官录用。图海至潼关，他上取平凉策，被召为幕僚。辅臣手下参将黄九畴、布政使龚荣遇是周昌的同乡人，曾屡劝辅臣投降。他将内部情况写成文字，用蜡丸封闭，密送周昌，转告图海。周昌自告奋勇冒死进城劝降，只有一个要求：母亲孙氏以父死殉节，他愿以身许国，为母请旌。图海感其壮烈，当即同意，特授以参议道名义前去执行任务。辅臣迫于势穷粮尽，听从了周昌的劝告，便派手下一副将随周昌出城，面见图海，表示投降。图海派人驰报北京请示，圣祖批准，颁发大赦令。六月六日，图海命周昌携带圣祖赦诏，再进城抚慰。次日即七日，辅臣派龚荣遇率士民代表出城，向图海献平凉军民册，其子继贞及总兵蔡元等上缴三桂的扎付二纸、“平远大将军印”、“陕西东路总管将军印”各一颗及各札文件。【《清圣祖实录》，卷61，17页。参见《清史稿·图海传》，卷251，9713页；《清朝先正事略·图海传》，卷2，6页。】
辅臣虽已投降，仍然疑惧，不肯出面见图海。六月十三日，图海再次派周昌与他的侄儿前锋侍卫保定一起进城，极力安慰辅臣，百般劝说，消除他的疑惧。辅臣为图海的诚意所感动，便于十五日出平凉城，亲至图海营帐，“叩头谢恩”，图海与辅臣“钻刀设誓，保其无它”。辅臣心悦诚服。【《广阳杂记》，卷4，187页。】他回城就剃了发，表示彻底归降。图海命副都统吴丹入城抚定，秋毫无犯。平凉困围日久，城中食尽，死亡累累，图海请命赈济。云南土司总兵陆道清等率所部士兵相继来降。【《清圣祖实录》，卷61，17页。】
平凉降归的捷音飞报北京，圣祖非常满意，对图海以旬月解决平凉，消除西北乱局，倍加称赞。他对辅臣父子仍采取了宽宏大量的态度，履行已许下的诺言，恢复辅臣原官，加太子太保，提升为“靖寇将军”，命其“立功赎罪”，他的部下将吏一律予以赦免。【《清圣祖实录》，卷61，17~18页。】吴三桂遣发来助战的苗兵也同时投降，圣祖令其皆回原籍，给予赏钱，与家人团聚，官员各加一级，从优升赏土司总兵陆道清为左都督兼太子太保，投诚的黄九畴、临时委任的参议道周昌升为布政使，“发往湖南招抚”。周昌之母也得到旌表，遣官至祭，给银建场。【《清圣祖实录》，卷61，18~19页。】
平凉归降，王辅臣接受招抚，陕甘局势急转直下，所有叛乱迎刃而解。奉命前来与辅臣会合的吴之茂闻讯平凉已破，便于六月二十六日夜，率部从秦州退却。“振武将军”佛尼勒、张勇、王进宝统满汉大军随后追剿，至牡丹园大败叛军，再败叛军于西和县北山，给叛军以毁灭性的一击，吴之茂仅以十余骑越山而逃。【《清圣祖实录》，卷62，9页。】将军穆占也于六月二十七日进兵乐门，三桂将王屏藩逃遁，追至红崖，将其击败，恢复礼县。辅臣任命的原固原巡抚陈彭、庆阳总兵周养民、嘉峪关总兵王好问、关山副将孔萌雄等共率文武伪官九百余员，兵丁四万八千二百余人相继投诚。【《碑传集·图海传》，卷4之6，17页。参见《清圣祖实录》，卷62，10页。】八月三日，张勇等攻取了阶州，叛军总兵陈友功等献城投降。【《贰臣传·张勇传》甲中，82页。】关陇平定，四川叛军被逐出省境，陕西只有汉中与兴安两处仍被叛军占据。西北威胁基本解除。圣祖最关注的是湖南吴三桂，陕西剩下汉中、兴安不足为忧。他顾虑攻汉中、兴安转饷困难，因此命令暂停进攻，由图海率部赴湖南征吴三桂。图海上疏，建议说，平凉等地，还刚刚底定．而人心未必都很安宁无事，若带精锐赴湖南，陕西空虚，惟恐人心再变。圣祖表示同意，将图海与王辅臣留镇陕西，严守各要隘，以前锋统领穆占佩带“征南将军印”，率陕西和河南满汉各军前往荆州，助剿吴三桂。【《清圣祖实录》，卷63，9页。】