乾隆二十三年八月，定边将军兆惠奉命由伊犁(今新疆伊宁)率部南下，指挥清军平定回部大、小和卓叛乱。兆惠遣副将富德驻阿克苏，为第二梯队，自率马步兵4000余往攻小和卓霍集占所在的叶尔羌城(今新疆莎车)。叶尔羌城周十余里，城门12座。回兵在清军必经的城东5里处，挖沟筑台，以为屏障;并实行坚壁清野。十月初三日，兆惠所部抵辉齐阿里克，距叶尔羌城40里，隔河扎营，并派出左、右两翼兵，抢占了城东土台，控制进出要道。初六日，东、西、北三座城门中冲出数百名骑兵，两军厮杀，回兵三战皆败，遂退回城中固守。
兆惠大营安扎于黑水河畔，故名“黑水营”。兆惠见叶尔羌城防守严密，便拨出800人清军交副都统爱隆阿，命其前往东南方向，防御盘踞在喀什噶尔(今新疆喀什)的大和卓叛军，其余兵力密切监视叶尔羌城，待机再战。时获情报，言城南山下有回人牧群。兆惠决定往劫羊群，以补充给养，并诱敌出城作战。十三日，兆惠率干余骑兵南进。前面有河，清军夺占桥头，登桥而驰。岂料刚过桥400余人，桥骤断，叶尔羌城中随即冲出叛军5000骑兵、1万步兵，张开两翼攻围清军。清军人自为战，浮水还营，兆惠两易战马，面胫俱伤。直至夜晚，回兵方退回城中。清军亡100余人，伤数百人，总兵高天喜战死。
十四日，霍集占组织回兵向黑水营发动猛攻。兆惠指挥士卒边战边筑起临时工事。战斗持续了整整5天。兆惠派出5名士兵，分别往阿克苏告急，驻阿克苏头等侍卫舒赫德飞章奏报朝廷。乾隆帝命靖逆将军纳木札尔往援。防御喀什噶尔的副都统爱隆阿奉兆惠之命，返阿克苏催促援军，途遇纳木札尔所率200名骑兵，爱隆阿劝其待大兵到后再进，纳木札尔未从，后于途中全军覆没。霍集占见强攻不下，便改为长期围困。黑水营自十月至次年正月，进行了艰苦的防御战。时天寒地冻，弹尽粮绝，援兵不至，无险可依。回兵于上游决河灌营，清军在下游挖沟泄水。回兵枪弹如雨，清军砍掉林木，由树干中挖出数万颗弹丸。后清军挖水井，掘窖粮，补充了给养。
十一月间，回疆以西的布鲁特人抢掠了喀什噶尔所属英吉沙尔城(今新疆英吉沙)，恰好黑水营清军纵火焚烧两座回营。霍集占以为清军与布鲁特人有约，惧被夹击，故攻黑水营稍懈。黑水营艰难持守之时，清廷急调援兵增援。驻阿克苏的定边右副将军富德与侍卫舒赫德于巴尔楚克(今新疆巴楚)合军，共率3000余兵，冒雪赴援。巴里坤办事大臣阿里衮领兵600，解马2000匹、骆驼1000头，兼程来援，与爱隆阿所部会合。
二十四年(1759年)正月初六日，富德、舒赫德所部于呼尔埔，遇由叶尔羌城而来之5000叛军，厮杀4日，清军且战且进。初九日，富德、舒赫德部已接近黑水营，被叛军所围，处境危险。阿里衮、爱隆阿率部赶到，拉开横阵，大呼驰进，两军会合作战，叛军退往叶尔羌。兆惠于黑水营中知援兵已到，立即组织所部突破包围，杀敌千余，尽焚其垒。叛军大败;退回叶尔羌城。十四日，兆惠军与援军会师，撤还阿克苏。