清朝同撤三藩的决定粉碎了吴三桂“世镇云南”的美梦。吴三桂气急败坏，暗中指令死党向撤藩使者请愿，要求停止撤藩，继而又拖延时日，与心腹将领密谋发动叛乱。他还指使其党羽以“九天紫府刘真人”的名义吹捧自己是“中国真主”，为反叛大造舆论。在经过一阵短暂的准备后，同年十一月底，吴三桂铤而走险，杀巡抚朱国治，自号“周王天下都招讨兵马大元帅”，令部下“蓄发，易衣冠”，称兵反叛于云南。为了给自己的反叛活动披上名正言顺的外衣，吴三桂在“矢忠新朝”三十年后，又扯起了“复明”的旗号。反叛之前，他装模作样地率领部下祭扫桂王陵墓，“恸哭，伏地不能起”，对部下大加煽动。反叛之后，又发布檄文，指责清朝“窃我先朝神器，变我中国冠裳”，并声称要“共举大明之文物，悉还中夏之乾坤”。一场大规模的叛乱活动就这样开始了。
由于吴三桂专制滇中十四年，这场叛乱又是蓄谋已久，因此，在反叛之初，吴军乘锐连下贵州、湖南，福建靖南、广东平南二藩和吴三桂在各地的党羽如四川之郑蛟麟、谭弘、吴之茂，广西之罗森、孙延龄，陕西之王辅臣，河北之蔡禄等也先后揭起叛旗，纷纷响应。一时之间，形势对吴三桂显得非常有利。在他看来，自己军队的战斗力远胜八旗，而揭起反满的旗帜，可以争取广大汉族士民的支持，就指挥才能而言，年轻的康熙皇帝又决非自己的对手。他以为自己又可以稳操胜券了。但是，实际情况恰与吴三桂的愿望相反。一是吴三桂兵力虽然强盛，但却不具战略眼光。在其起兵之后，既没有“疾行渡江，全师北向”，设法以军事上的胜利去推动政治上的成功；也没有“下金陵，扼长江，绝南北通道”或“出巴蜀，据汉中，塞淆函自固”，以建立巩固的后方，而是分兵湖南、江西、湖北，逐地争夺一些战略价值不高的城镇。这就贻误了战机，给了清朝政府以从容布置反击的时间。其次，由于此时清兵入关已经三十年，民族矛盾早已下降为次要矛盾。吴三桂以反满相号召不过是刻舟求剑，脱离实际。而且，吴三桂降清以来的自我表演也太充分了。在民族矛盾最尖锐、民族斗争最激烈的时刻，他信誓旦旦地表示要“矢忠新朝”，对各地抗清义军极尽镇压之能事，曾几何时，他却又要“共举大明之文物”了。吴三桂的自我表演使人们看穿了他是一个见利忘义、口是心非、反覆无常的野心家，一些有气节的汉族知识分子对之更是嗤之以鼻，耻与为伍。因而吴三桂发出的“反清复明”的号召，在广大汉族士民中并未产生什么重要影响。
再有，与吴三桂的估计相反，康熙皇帝虽然年轻，但却有着杰出的政治才干。早在撤藩之初，便已对撤藩可能导致的后果有所准备，因此在他得知吴三桂反叛的消息后，镇定自若，措置得当。他首先停撤平南、靖南二藩，以在政治上孤立吴三桂，而后，又在京师处死吴三桂之子吴应熊及其同党，以打击吴三桂气焰，巩固后方。与此同时，为对吴三桂部下进行分化瓦解，康熙皇帝还宣布，在各省任职的吴三桂部下的亲属概不株连，各安职业。在军事上，康熙皇帝也作了周密的部署。他任命顺承郡王勒尔锦为宁南靖寇大将军，率师征讨吴三桂，还分别派出得力将领硕岱、赫业、马哈达、科尔坤等分赴荆州、兖州、太原、四川等军事重地。虽然在叛乱发动之初，清兵有所失利，但是，由于在政治上是讨逆平叛，经济上是以全国制一隅，时间不长，便扭转了军事上的失利局面，使得正面进攻的吴军，不能越长江一步，双方在战场上暂时出现了相持的局面。
康熙十五年是双方军事形势发生重要转折的一年。由于兵兴三年，吴三桂深感兵力、财力严重不足，而吴在各地的党羽也纷纷离心离德，各有图谋。与此相反，清朝政府却以全国的兵源、财源作后盾，数路出兵，进行反攻，并迫使各地之吴军处于守势。在湖广战线上，清军将领安亲王岳乐师出湖南，连克萍乡等镇，矛头所向，直指潭州。在西北战场上，自是年初图海任统帅以来，所向皆捷。六月，穷蹙无路的王辅臣被迫投降。在东部战场上，康亲王杰书也率师自浙入闽，连克重镇。十月，耿精忠被迫投降，清师进入福州。受此影响，盘踞广西的孙延龄和盘踞广东的尚之信也表示要叛吴降清。十二月，孙延龄因事泄被杀，尚之信则遣使诣江西简亲王喇布军前投降。
自称帝王
衡州称帝
康熙十三年为“周王”元年，并联合福建靖南王耿精忠、广东平南王尚可喜之子尚之信和各地反清势力起事。
康熙十五年（1676）十一月初五，吴三桂率兵经潭州至衡阳，以衡永郴桂道衡州知府衙门（旧衡阳市衡南县政府所在地）为“行殿”，指挥各路军事。
清兵的反击挫败了吴三桂的锋锐，吴三桂为鼓舞士气，挽救危局，稳定军心、民心，于康熙十七年三月初一日（1678年3月23日），筑坛于衡州府回雁峰前馒头岭，举行称帝加冕典礼，称“大周昭武皇帝”，定国号为“周”，改元“昭武”，改衡州府为“应天府”，改钟鼓楼为“五凤楼”，回雁门为“正阳门”，大街名“棋盘街”等，一切用京城名称，册妻张氏为皇后，孙吴世璠为皇太孙，加封文武，百官颁制新历。大周帝国辖衡州、湖南、广东、广西、云南、贵州、四川、陕西和甘肃等省。八月开科录士，录取者60人。建造皇帝宫殿95间，象征九五之尊。
康熙十七年六月初，吴三桂在都城衡州亲点大将马宝，并授计率5万大军南下，攻击兵家必争之地永兴，两战两胜，大创清军，一战击毙都统宜里布、护军统领哈克三，夺据清兵河外营地（永兴依耒水而立，此水上接衡州，下通广东）；一战大败前锋统领硕岱、副都统托岱、宜思孝所率援军，营垒被冲垮，河南岸失陷，清军被迫退回广东，给清军和康熙以严重的军事打击。
康熙十七年六月中旬，张皇后驾崩，吴三桂精神受挫。
康熙十七年七月，吴三桂亲自部署对广东、广西的大规模进攻。在衡州派出大将胡国柱、夏国相率10万大军，突入两广，几度得手，尤其在广西取得了更大的进展，除了梧州，全部都被吴军收回。
北部岳州战事由吴三桂侄儿吴应期主持，御清军于湖湘门外，清兵几次渡江，均未得逞。
康熙十七年(1678年)八月，衡州酷热，吴三桂加之心情不舒，焦虑过重，肝火过盛，便突然得了“中风噎嗝”的病症，随后又添了“下痢”病症，太医百般调治，终不见效。吴三桂便授意心腹大臣，迎接皇孙吴世璠来衡州继位，托付后事。八月十八日深夜，吴三桂在都城衡州皇宫驾崩，时年六十七岁，只做了五个多月的皇帝。
康熙十七年(1678年)八月二十二日，吴三桂的侄、婿与心腹将领马宝、胡国柱、夏国相齐聚衡州，公推吴国贵总理军务，派胡国柱回云南，迎吴世璠前来衡州奔丧。胡国柱到达云南，向留守的郭壮图传达众将的意见，准备护送吴世璠去衡州继位。郭壮图有一女儿嫁给吴世璠，为保势力，力阻吴世璠离开云南，去衡州继位。
康熙十七年(1678年)九月，吴国贵召集并主持诸将会议，讨论今后的方针大计。其制定至大计为“舍弃云南而不顾，北向以争天下：以一军图荆州，略襄阳，直趋河南；一军下武昌，顺流而下，经略江北。勿畏难，勿惜身，宁进死，勿退生，拼死决战，剜中原之腹心，断东南之漕运，即令不能混一，黄河以南，我当有之。” 吴国贵虽是周帝国颇有眼光、有胆有识的统帅，但诸将欲保云南家小财物，此议没经慎重讨论，便被否决了。
康熙十七年(1678年)十一月，胡国柱等用棉裹吴三桂遗体，秘密载经宝庆入贵州，经宝庆入贵州，大将军马宝留守衡州（衡阳）。吴世璠迎至贵阳，并即帝位，康熙十八年改元为“洪化”元年，尊祖父吴三桂为“太祖高皇帝”，父吴应熊为“孝恭皇帝”。官制皆依三桂所定，郭壮图女儿晋封皇后。
康熙十八年(1678年)二月初七，大将军简亲王喇布复衡山县，五月中旬，吴国贵、马宝、夏国相弃衡州出逃，奔永州、辰州，入贵州。
康熙十八年（1679）九月，清军复克大周帝国都城衡州（衡阳），结束了衡阳作为帝都的短暂历史。
乘此时机，清朝政府加强了政治策反和军事进攻。康熙十八年（1679），克复湖南、广西。康熙十九年（1680），又下四川、贵州并进兵云南。康熙二十年（1681）春，师围昆明，并分兵克复附近州县。十月，昆明城内粮尽援绝，吴世璠自杀，余部投降。由吴三桂掀起的持续八年之久的一场大规模的内战至此全部平定。
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