清廷和平談判的咨文和雅克薩俄軍的敗報，在沙皇彼得大帝政府中產生強烈反響。彼得大帝鑒於俄軍在雅克薩城下失利，而其戰略重點在西方，雅克薩離莫斯科遼遠，接受了康熙帝的談判建議。

其實，談判經過了複雜的過程。早在康熙五年（1666年），清政府就派人進行交涉，要求俄國送還逃人根特木兒，俄方拒不交出。八年（1669年）、九年（1670年），清朝派沙拉岱等兩次前往尼布楚交涉，並邀俄方代表到北京談判。俄方代表到北京後，康熙帝接見，並賜予「豐盛的賞賜」（拉文斯坦《俄國人在黑龍江上》）。隨後，康熙帝派團前往尼布楚，帶去給沙皇的敕諭，但俄方不予答覆。康熙十四年（1675年），俄國派尼果賴率150多人的代表團前來，康熙帝派官前去迎接。第二年，尼果賴一行到達北京。康熙帝在保和殿接見尼果賴等，「請他與自己同桌進餐」（雅可夫列娃《1689年第一個俄中條約》），但康熙帝認為俄國使臣是來朝貢的，而大加賞賜。雙方爭議，沒有解決。康熙二十年（1681年），康熙帝再派官到雅克薩，與俄方交涉，但仍無結果。

康熙二十五年（1686年），文紐科夫（魏牛高）和法沃羅夫（法俄羅瓦）為先遣使前來北京。俄國先遣使於九月二十五日到京。二十七日，康熙帝接受他們帶來沙皇伊凡和彼得的信，要求和平談判、議定邊界，並「乞撤雅克薩之圍」（《平定羅剎方略》三）。康熙帝即允其所請，於同月二十八日，令黑龍江將軍薩布素等「撤回雅克薩之兵，收集一所，近戰艦立營，並曉諭城內羅剎，聽其出入，毋得妄行攘奪；俟鄂羅斯後使至日定議」（《清聖祖實錄》卷一二七）。康熙帝派侍衛馬武到雅克薩，傳達停止攻城的諭旨。十月十五日，薩布素根據馬武傳達的旨意，宣佈停止攻城，軍隊後撤安營。其時，雅克薩城內薪斷糧竭，「羅剎酋長懷敦（拜頓）遣人來求飲食」，薩布素和郎坦即予惠濟。第二年正月，康熙帝派太醫攜藥往雅克薩為清軍患者治病。他諭示薩布素說：「至於羅剎，雖與我兵對壘，但我兵攻雅克薩城，從來未戮其人。如城中有患疾之羅剎，亦應聽其就醫，使還彼國。」同年三月二十五日，清軍從城堡外後撤，停止對雅克薩的封鎖，允許城內俄軍出入，並准許其同尼布楚聯繫。《哥薩克在黑龍江上》一書於此寫道：「殘餘的筋疲力盡的防軍，得到了出城尋找食物，與涅爾琴斯克（尼布楚）取得聯繫，甚至從那裡求得援助的機會。中國指揮部不僅沒有對此加以阻撓，相反，對敵人表現出非常溫文爾雅的慇勤態度。」（巴赫魯申《哥薩克在黑龍江上》中譯本）

康熙帝在得到俄國談判代表到達邊境的奏報後，於康熙二十六年（1687年）七月十二日，命「薩布素等統率官兵，乘天時未寒，還至黑龍江城、墨爾根城，修整器械，休息馬匹，以度隆冬。仍於要地，嚴設斥堠」。同月二十三日，黑龍江將軍薩布素奉旨率領全部清軍撤離雅克薩，回駐黑龍江城和墨爾根城。歷時一年零兩個月的第二次雅克薩自衛反擊戰至此宣告結束，並為行將在尼布楚舉行的中俄邊界談判創造了有利條件。

康熙二十五年（1686年），俄國沙皇派費奧多爾戈洛文為全權大使，從莫斯科出發，有2000多人的戰鬥隊護衛，來與清朝談判。康熙帝則派領侍衛內大臣索額圖為欽差大臣、首席代表，還有領侍衛內大臣、國舅佟國綱等，耶穌會士法國人張誠、義大利人徐日昇為翻譯。康熙二十七年（1688年）五月，索額圖等行前，康熙帝指示：「尼布潮、雅克薩，黑龍江上下，及通此江之一河一溪，皆我所屬之地，不可少棄之於鄂羅斯。」（《清聖祖實錄》卷一三五）因此，承認上述條件、歸還逃人根特木兒，可以劃定疆界、通使貿易，否則「爾等即還」。使團出發不久，因噶爾丹進攻喀爾喀，潰卒瀰漫山谷，行五日夜不絕，使團無法行進。經奏准，使團回京，並告俄方。

康熙二十八年（1689年）四月，索額圖一行前往尼布楚。行前，索額圖奏請劃界是否仍按前意，康熙帝又指示：「爾等初議時，仍當以尼布潮為界，彼使者若懇求尼布潮，可即以額爾古納河為界。」（《清聖祖實錄》卷一四Ｏ）顯然是做出了讓步，其原因是噶爾丹騷擾形勢不利。

索額圖使團經過49天行程，到達尼布楚。以河（石勒喀河）為界，雙方大營，分列兩岸。中國使團，隊伍龐大。《張誠日記》記載：使團駱駝約4000頭、馬約15000匹，其中索額圖有300頭駱駝、1500匹馬、100個僕從，佟國綱有150頭駱駝、300匹馬、80個僕從。後勤補給怎麼辦？民諺云：棒打獐子瓢舀魚，野雞掉在飯鍋裡。使團路途中，帶網捕魚，驅趕牛羊，以便充飢。湖裡的魚，密密麻麻，像煮餃子，一網下去，拉不上來。

俄國使團首席代表戈洛文到達後，與中國使團隔河扎帳。會談的會場設在野外，位於尼布楚城與河岸的正中，雙方距離相等。

七月八日，談判開始。戈洛文提出：清兵製造流血事件；索額圖指出：俄軍無端侵略，殺人擄掠。雙方唇槍舌戰，辯論激烈。經協商：不談過去事，著重談劃界。戈洛文提出：以黑龍江為界，江北歸俄國；索額圖提出：以雅庫次克為界，尼布楚歸中國。雙方爭論，更為激烈。第二天，再討論：戈洛文趾高氣揚，得寸進尺；索額圖欲談判不成，打道回府。經過會上爭論，會下磋商，二十四日（9月7日），索額圖按照康熙帝旨意，做出最後讓步，雙方劃定中俄東段邊界。條約分別為拉丁文、滿文、俄文三種文本。雙方代表在拉丁文本（正本）上簽字，滿文本、俄文本為副本。條約共六條，主要是劃定中俄東段邊界。

《中俄尼布楚條約》規定：格爾必齊河、額爾古納河以東至海，外興安嶺以南，整個黑龍江流域、烏蘇里江流域（包括庫頁島）土地，歸中國所有。此外雅克薩地方俄人所建城堡須盡行拆毀；以後雙方不得收納對方逃亡人口，拿獲後即遣返；雙方進行貿易互市；兩國永敦邦誼等。這是中國歷史上第一個同外國簽訂的平等條約，表明康熙帝獨立自主外交的勝利。爾後，清朝在格爾必齊河口、額爾古納河口，豎立用滿、漢、蒙、俄、拉丁五種文字鐫刻的石碑，又沿邊設卡倫，定期巡查，歸屬黑龍江將軍管轄。清朝加強了對黑龍江地區的管轄，初步奠定了後來黑龍江等行省的規模。中國東北邊疆得到170餘年的安定。

雅克薩之戰勝利和《尼布楚條約》簽訂，是康熙帝御外政策成功的兩個史例。

康熙二十八年（1689年）《中俄尼布楚條約》簽訂後，俄軍從中國領土上撤走，雅克薩重新回到祖國的懷抱。康熙帝又著手解決北方蒙古的難題。