Sau khi dẹp xong tam vương, Khang Hi tính tới việc thu hồi Đài Loan bị dòng họ Trịnh Thành Công thống trị trong nhiều năm. Cha Thành Công là Trịnh Chi Long đã hàng nhà Thanh nhưng Thành Công vẫn một lòng thờ nhà Minh, không thần phục nhà Thanh. Năm 1662, Trịnh Thành Công được sự giúp sức của Hà Đình Bân (phiên dịch cho người Hà Lan), đánh đuổi người Hà Lan trên đảo, giải phóng toàn bộ Đài Loan.

Sau khi Trịnh Thành Công chết, họ Trịnh truyền 3 thế hệ qua Trịnh Kinh tới Trịnh Khắc Sảng vẫn giữ Đài Loan. Theo đề nghị của tổng đốc Phúc Kiến là Diêu Khải Thánh, Khang Hi quyết định tấn công Đài Loan nhân có tranh chấp trong nội tộc họ Trịnh. Ông sai Diêu Khải Thánh đánh Đài Loan. Khải Thánh thi hành chính sách vừa đánh vừa dụ của Khang Hi, kết quả dụ được 13 vạn dân Đài Loan quy phục[31]. Theo sự tiến cử của Diêu Khải Thánh, Khang Hi bất chấp sự phản đối của nhiều người, sai thủ hạ cũ của Trịnh Thành Công là Thi Lang làm đề đốc thủy sư Phúc Kiến phụ trách việc đánh Đài Loan. Nhưng sau khi nhận chức, Thi Lang lại bất đồng quan điểm với Diêu Khải Thánh về việc tiến quân. Khang Hi cho Thi Lang toàn quyền quyết định việc chiến dịch đánh Đài Loan.

Mùa hè năm 1683, Thi Lang ra quân một trận đánh bại quân chủ lực họ Trịnh, chiếm được Bành Hồ. Thế cùng, tháng 8 năm đó họ Trịnh xin đầu hàng. Tháng 6 năm Khang Hy thứ 22 (1683), Thi Lang xuất phát từ Đồng Sơn tiến đánh một vài đảo nhỏ như Đảo Hoa, Đảo Miêu và Đảo Thảo làm căn cứ hậu cần. Nhân có gió nam, Thi Lang thừa cơ chỉ huy hạm đội chiến thuyền tiến tới Bát Trác. Tướng nhà Trịnh là Lưu Quốc Hiên đồn trú tại Bành Hồ, để đảm bảo việc bố phòng vững chắc đã cho xây tường men theo ven bờ, sai người cắm chông nhọn, trải dài hơn 20 dặm, hình thành tuyến phòng thủ kiên cố. Thi Lang lệnh cho phó tướng Lý Lam dùng thuyền tiến công quân Trịnh trú đóng ở đó. Bên Trịnh cũng nhân lúc thủy triều đang lên, cho chiến thuyền từ bốn phía đánh ập vào quân Thanh. Thi Lang đi thuyền lầu, đột nhập vào trận địa quân Trịnh, do dẫn đầu hạm đội nên bị quân Trịnh nã tên vào, không may một mũi tên vô tình bắn trúng vào một mắt của Thi Lang, dù đang bị trọng thương nhưng ông vẫn vững vàng chỉ huy đốc chiến, liên tục nâng cao sĩ khí binh sĩ.

Tổng binh Ngô Anh lên thay Thi Lang tiếp tục kiên trì đốc thúc quân sĩ tử chiến, sau mấy ngày chiến đấu ác liệt, quân Thanh cũng chiếm được hai đảo Hổ Tịnh và Thùng Bàn. Tiếp đến, Thi Lang đưa 100 chiến thuyền, chia làm 2 cánh đông tây, cử các tổng binh là Trần Mãng, Ngụy Minh, Đổng Nghĩa, Khang Ngọc chỉ huy quân lính. Phía đông tiến đánh đèo Kê Lộng, núi Tứ Giác. Phía tây, tiến đánh vịnh Ngưu Tâm, nhằm phân tán lực lượng quân Trịnh. Thi Lang đích thân chỉ huy sáu chiến thuyền, chia làm tám đoàn, phía sau còn có 80 chiếc khác theo sát, giương buồm xông tới. Quân Trịnh xông trận chống cự, tổng binh Lâm Hiền, Chu Thiên Quý đích thân đưa quân đi tiên phong. Không may, Chu Thiên Quý tử trận giữa trận tiền, Lâm Hiền bị trọng thương. Quân Thanh xuất kích từ phía giữa, chiến đấu liên tục từ giờ Thìn cho đến giờ Thân, phóng lửa đốt cháy hàng trăm chiến thuyền khiến cho hàng vạn binh sĩ quân Trịnh phải bỏ mạng dưới nước. Cuối cùng quân của Thi Lang cũng chiếm được Bành Hồ, bộ tướng nhà Trịnh là Lưu Quốc Hiên đột phá vòng vây dẫn đám tàn quân rút chạy về Đài Loan.

Trịnh Khắc Sảng nhận được tin Bành Hồ thất thủ, hết sức kinh hoàng, nhận thấy lực lượng còn lại khó có thể chống cự nổi, liền cử sứ giả đến chỗ trú đóng quân Thanh của Thi Lang đề nghị xin hàng. Thi Lang dâng sớ xin ý kiến của hoàng đế, Khang Hi đồng ý tiếp nhận lời đầu hàng của quân Trịnh. Tháng 8 cùng năm, Thi Lang chỉ huy thủy quân tiến vào cửa Lộc Nhĩ và đến thẳng Đài Loan. Trịnh Khắc Sảng cùng gia thần thuộc hạ và bá quan văn võ bước ra khỏi thành giao nộp ấn tín Duyên Bình vương cho Thi Lang. Vương triều họ Trịnh cáo chung sau 38 năm thống trị Đài Loan, hòn đảo chính thức nội thuộc nhà Thanh kể từ đó.

Sau khi dẹp yên Đài Loan, Thi Lang báo tin đại thắng về triều đình. Tấu sớ của ông được chuyển đến kinh thành vừa đúng dịp Trung Thu. Hoàng đế Khang Hi làm thơ ca ngợi chiến công của Thi Lang, phong ông làm Tịnh Hải tướng quân, tấn phong hầu tước Tịnh Hải, cha truyền con nối, không bao giờ bị phế truất; lại còn ban áo bào và các vật phẩm y phục khác. Thi Lang bẩm tấu không dám nhận hầu tước, tâu xin được giữ chức Nội đại thần như cũ và ban cho đội mũ lông chim. Khang Hy hạ chiếu chấp nhận thỉnh cầu của ông. Theo đề nghị của Thi Lang, Khang Hi xóa bỏ chủ trương bỏ Đài Loan để trao cho người Hà Lan. Ông điều quân và dân tới sống tại đảo, xây dựng các huyện Phượng Sơn, Đài Loan, Chư La trên đảo trở thành đơn vị hành chính của Trung Quốc.

Triều đình nhà Thanh cử quan Thị lang Tố Bái đến Phúc Kiến, bàn bạc với quan Đốc phủ và Thi Lang về việc xử lý những vấn đề phát sinh sau khi chiếm được Đài Loan. Một số quan viên trong triều có đề xuất ý kiến di dời dân chúng ở Đài Loan về đại lục và từ bỏ hòn đảo này. Thi Lang dâng sớ cực lực phản đối, yêu cầu triều đình phải ra sức chốt giữ Đài Loan, tiến hành thành lập phủ huyện để yên dân. Khang Hi cho họp đình thần để luận bàn về việc này, Đại học sĩ Lý Úy dâng sớ tâu rằng nên thực hiện theo đúng thỉnh cầu của Thi Lang. Tiếp đó, Tô Bái và văn võ bá quan cũng dâng sớ xin chấp nhận kiến nghị của Thi Lang. Hoàng đế Khang Hi hạ chiếu cho phép thực thi kế hoạch đó.

Về mặt hành chính, trước hết nhà Thanh cho lập 3 huyện, 3 phủ và 1 tuần đạo, số dân di cư và lưu dân ở các nơi trên Đài Loan đều được cho phép cư trú như cũ. Về mặt quân sự, thuyên chuyển một phần quan binh từ nội địa vào, chia ra phòng thủ Bành Hồ và Đài Loan. Ở Đài Loan, bố trí một Tổng Binh, một Phó tướng thủy sư, hai Tham tướng lục quân và 8.000 quân trú đóng. Ở Bành Hồ thì cho bố trí một Phó tướng thủy sư và 2.000 quân trú đóng. Các Tổng binh, Phó tướng, Tham tướng và Du kích[32] cứ sau 2 - 3 năm phục dịch tại các đảo, sẽ được thăng cấp và chuyển về nội địa. Ngoài ra triều đình còn ra lệnh tạm thời miễn thuế tại các đảo trên, quân đội đóng quân tại các đảo, lúc đầu được hưởng toàn bộ quân lương. Sau đó ba năm, sẽ trưng thu lương thực để tiếp tế cho quân lính, không cần phải vận chuyển lương thực từ đại lục sang.

Cùng lúc đó Trịnh Khắc Sảng cùng họ hàng đồng tộc và chư tướng gia thần như Lưu Quốc Hiên, Phùng Tích Phạm và hậu duệ nhà Minh như Chu Hoàn bị Thi Lang áp giải tới kinh đô triều kiến hoàng đế. Toàn bộ ruộng đất, sổ sách, công văn của họ Trịnh đều phải giao nộp hết lại cho triều đình quản lý. Nhằm yên ổn lòng người, thu phục nhân tâm họ Trịnh. Khang Hy hạ chiếu ban cho Trịnh Khắc Sảng tước công, Lưu Quốc Hiên và Phùng Tích Phạm tước bá, đều quy thuộc kỳ thượng tam, số quan chức còn lại và Chu Hoàn đều được cấp một số kinh phí đưa đến các tỉnh lân cận khai hoang. Thi Lang lại tiếp tục dâng sớ xin tăng cường các lệnh cấm trên biển, kiểm tra tàu thuyền qua lại buôn bán. Ý kiến của ông đều được triều đình chuẩn y.