在清初的历史舞台上，图海凭借其卓越的军事才能和政治智慧，逐渐崭露头角。清兵入关二十年后，南明政权以及各地的抗清势力大多已被镇压，唯有大顺军余部在郝摇旗、刘体纯、李来亨等人的领导下，坚守在湖广、四川、陕西三省交界地带，成为清廷统一全国的最后一块绊脚石。
为了彻底平息这块抗清据点，清廷在康熙元年（1662年）九月下令三省各抽调三万绿营官兵，加上西安驻防的八旗兵，组成强大的会剿部队。面对清军的强势进攻，郝摇旗等领导的大顺军余部进行了英勇反抗。在次年七月下旬的彝陵之战中，大顺军重创了湖广总督董学礼的部队。随后，他们又集结七万人的兵力进攻驻扎在四川巫山县境内的湖广、四川总督李国英部，清军在战斗中处于不利地位。
在这种情况下，清廷决定加强力量，任命图海为定西将军，与靖西将军都统穆里玛共同率领禁旅从京师出发，前往前线征剿。图海到达前线后，与李国英、提督郑蛟麟、总兵俞奋起、于大海等清军将领联手，实行连营围困战术。大顺军趁清军立足未稳之际，以三千余人的兵力袭击了俞奋起的营地，图海得知消息后立即亲自率兵迎击，成功击败了对方。但由于双方实力差距悬殊，大顺军各部最终被围困在湖广兴山县一带，相继失败。
十二月底，清军攻破了大顺军的陈家坡大营，导致刘体纯自缢身亡。紧接着，农民军的另一个据点黄草坪也被攻陷，郝摇旗等将领被俘并英勇牺牲。只有李来亨孤军奋战，凭借茅麓山的险峻地形继续抵抗。面对二十万清军的强大攻势，图海采取了长期围困的策略，切断了农民军的粮道和支援，迫使农民军陷入绝境。到了康熙三年（1664年），李来亨下令烧毁山寨，阖门自焚，壮烈殉国。
在这一系列的战斗中，图海展现了出色的军事指挥才能，不仅有效地指挥清军取得了胜利，而且在处理俘虏方面也采取了严厉措施。十月，图海与穆里玛等下令将俘获的六千余名大顺军余部成员尽数处决，并带着三千余名俘虏及八千余名投降的士兵凯旋回京。
图海的出色表现得到了清廷的高度认可。康熙六年（1667年），他被晋升为弘文院大学士，加世职为一等轻车都尉，并担任《世祖章皇帝实录》的纂修总裁官。在接下来的几年中，图海多次受命参与重要事务，包括参与历法的检验和重犯的审判，均表现出色，深得康熙帝的信任和赞赏。
康熙九年（1670年），图海改任中和殿大学士兼礼部尚书，权势显赫。他在政治和军事上的才干，使他在大学士中位列第三，后晋居第二。康熙十一年（1672年）七月，他又被加封为太子太傅。