Установившаяся в Китае с середины XVII века маньчжурская императорская династия Цин не признавала присоединения к России приамурских земель, которые считала своими родовыми владениями, но до того фактически не контролировала. В 1682 году отношения между Россией и Китаем обострились, оба государства принимали меры по усилению своего присутствия на Амуре. Россия учредила отдельное Албазинское воеводство, направив на Амур воеводу А. Толбузина с отрядом солдат. Там были основаны новые поселения в бассейне реки Зея.
В сентябре 1682 года китайский император дал поручение сановникам Лантаню и Пэнчуню оценить возможности вытеснения русских из Приамурья. Пэнчунь занимал должность верховного командующего, но фактическую роль организатора и руководителя военной операцией играл Лантань, которого русские называли «воеводой» и отдавали должное его военным способностям. В ноябре Лантань с небольшим конным отрядом побывал вблизи Албазина, где объяснил свое появление охотой на оленей. Русские и маньчжуры обменялись подарками. По результатам своих выводов, Лантань составил доклад об организации военной экспедиции против Албазина, деревянные укрепления которого он оценил как слабые.
Император Канси и Военный совет в марте 1683 года издали ряд распоряжений по подготовке военных действий на Амуре. Главное внимание уделялось снабжению продовольствием в отдаленной пустынной местности сравнительно небольшого для Китая войска. Для этого надлежало собрать с местного населения в Маньчжурии 3-летний запас продовольствия. Впоследствии войска должны были завести собственные посевы. На Сунгари строилась речная флотилия, которая должна была перевозить войска и провиант на Амур. В 1683 году Лантань, появившийся на Амуре с передовыми силами, окружил близ устья реки Зея своей флотилией и заставил сдаться струги русского отряда Григория Мыльника (70 чел.), следовавшего из Албазина в зейские остроги и зимовья. После этого русские оставили без боя Долонский и Селемджинский острог. В Верхнезейском остроге 20 русских казаков оборонялись против 400 маньчжур до февраля 1684 года. Лантань основал в качестве передовой крепости на правом берегу Амура крепость Айгун с земляными укреплениями. В 1684 году, продолжая подготовку к переброске на Амур основной армии, маньчжуры совершали набеги небольшими конными отрядами в окрестностях Албазина для разоряя деревень. Крестьяне тем временем спасались за стенами укрепленного города. В Западной Сибири был набран отряд солдат для усиления гарнизона Албазина, но из-за труднопроходимого пути он двигался к Амуру очень медленно.
В начале лета 1685 года значительная цинская армия от 3 до 5 тыс. человек, не считая конницы двинулась на кораблях речной флотилии от Айгуна вверх по Амуру. В Албазин было послано два казака из отряда Мыльника с указом Лифаньюаня. От русских под угрозой смерти требовали немедленно уйти с Амура. 10 июня цинская флотилия появилась вблизи Албазина. В этот момент с верховью Амура к нему подходили плоты с жителями деревень, которые желали укрыться за стенами крепости. Маньчжурские корабли обстреляли плоты из пушек и захватили их в плен.
Два последующих дня цинские войска строили вокруг Албазина осадные сооружения и обустраивали позиции для артиллерии. Напротив северной крепостной стены были установлены наиболее мощные «ломовые» пушки. Когда они открыли огонь, оказалось, что бревенчатые укрепления Албазина не выдерживают попаданий из тяжелых орудий. По словам очевидцев, бывали случаи, когда китайские ядра пролетали город насквозь, пробивая и северную, и южную стену. В результате вспыхнувших пожаров в Албазине сгорели хлебные амбары и церковь с колокольней. Была подбита одна из трех русских пушек. Жертвами артиллерийских обстрелов стали порядка 100 человек.
В Нерчинске воевода Иван Власов подготовил отряд из 2 пушек и 100 человек для похода на помощь к Албазину. Так на помощь Албазину спешил и отряд из западно-сибирских острогов под командованием Афанасия Бейтона, однако в Забайкалье он оказался связан боями с монголами. Подкрепление опоздало. Ранним утром 16 июня цинские войска начали общий штурм. Защищавшие Албазин гарнизон и люди разных званий не давали маньчжурам преодолеть ров и вал, которые окружали крепость, а так же забраться на полуразрушенные укрепления. В 10 часов вечера маньчжуры отступили в свой лагерь. Лантань отдал приказ готовить новый штурм. Маньчжуры заваливали крепостной ров хворостом, и русские решили, что их готовятся сжечь вместе с городом. Но так как у них кончались запасы пороха, то отогнать противника от стен, албазинцы не могли.
Тогда воевода Толбузин обратился к Лантаню с предложением вывести гарнизон и жителей из Албазина в Нерчинск. Цинское командование настаивало на уходе русских в Якутск, считая, что Нерчинск также находится на маньчжурских землях. Однако Толбузину удалось настоять на отступлении вверх по Амуру, что было для русских гораздо предпочтительнее, чем переход через горный хребет в Якутию. 26 июня 1685 года русские беспрепятственно покинули город и двинулись на запад. Лантань уничтожил строения Албазина и, считая свою миссию выполненной, отошел к Айгуну. Там был оставлен гарнизон в 500 человек, остальные цинские войска ушли по Сунгари на юг в Маньчжурию.
В конце июня в Нерчинске собрались и бывшие албазинцы, и опоздавшее к ним подкрепление. Не желая оставлять себе славу побежденных, русские решили попытаться вернуть себе город. В середине июля из Нерчинска вниз по Амуру был послан русский разведывательный отряд. Узнав, что цинские войска покинули разрушенный Албазин и даже не сняли посевы в окрестных деревнях, воевода Толбузин при поддержке нерчинского воеводы Власова немедленно организовал поход для восстановления главной русской крепости на Амуре. Заранее выслав вперед 200 конных казаков Бейтона, 27 августа 1685 года на пепелище Албазина прибыл на стругах сам Толбузин с войском из 514 солдат и 155 ремесленниками и крестьянами, которые до зимы отстроили заново город и несколько деревень. Таким образом, несмотря на военную победу, Цинскому Китаю не удалось вытеснить русских из Приамурья. В следующем году военные действия были продолжены новой обороной Албазина.
Манжуры из крепости Айгун внимательно следили за восстановлением Албазина. С осени 1685 года из Айгуна стали отправлять небольшие конные отряды, которые нападали на русские деревни, убивали крестьян, захватывали пленных и сжигали запасы зерна. Для предотвращения подобных нападений было организовано патрулирование окрестностей Албазина конными отрядами. В самой крепости в постоянной готовности находился русский конный отряд под командованием Бейтона. В феврале 1686 года после сожжения китайцами Большой заимки всего в 10 километрах от Албазина, Бейтон с 300 казаками сам совершил набег на правый берег Амура и у реки Кумары уничтожил цинский дозор из 40 человек. Захваченные пленные сообщили о подготовке Цинским Китаем нового большого похода на Албазин.
Сразу после возвращения русских в августе 1685 года на место уничтоженного после первой обороны Албазина, началось строительство крепости, способной противостоять осадной цинской артиллерии. Вместо привычных для Сибири бревенчатых стен за глубоким рвом новый Албазинский острог окружили земляные валы, в центре которых находились засыпанные срубы. Толщина валов достигала 8,5 метров, а высота была более 3 метров. На гребне вала были оборудованы боевые позиции, укрепленные обмазанными глиной плетеными фашинами. На речной стороне для наблюдения построили традиционную бревенчатую башню. Для лучшего обстрела с укреплений, их линия была сделана ломаной и с бастионами. По одной версии, идея подобных укреплений принадлежала заместителю воеводы Толбузина, Афанасию Бейтону который был знаком с западноевропейскими фортификациями.
17 апреля 1686 года цинский император Канси дал указания полководцу Лантаню по по ведению военной кампании. Взять Албазин, но на этот раз не разрушать его как в прошлом году, а укрепить как базу для дальнейшего наступления на Нерчинск. Для перевозки на Амур 5-тысячной цинской армии с артиллерией и провиантом потребовалось 150 речных судов. Часть войска двигалась берегом, для чего было привлечено 3 тысячи лошадей. В Албазин были направлены пленные с грамотами предлагавшие русским покинуть город. На народном собрании албазинцы приняли решение не уходить из крепости. Высланные вниз по Амуру караулы заранее сообщили о приближении вражеских сил. Крестьяне из окрестных селений укрылись в Албазине.
7 июля 1686 года на Амуре у Албазина появился цинский флот; началась высадка войск на берег. Воевода Толбузин решил помешать ей и послал часть своих сил на вылазку, которой руководил Бейтон. Атака казаков, поддержанная пальбой с крепостных валов, внесла расстройство среди высаживавшихся цинских войск. Потребовалось личное вмешательство Лантаня, чтобы привести маньчжурские силы в порядок и оттеснить русских обратно в крепость.
Лантань ожидал, как и в 1685 году, быстро сломить сопротивление защитников Албазина непрерывным артиллерийским обстрелом, но тот не давал результата, так как китайские ядра вязли в земляных валах. Однако от бомбардировки албазинцы несли потери, всего от обстрелов в городе погибло за лето 40 человек. Среди первых из них был воевода Алексей Толбузин. 12 июля он наблюдал за противником из башни, когда влетевшее ядро оторвало ему ногу, а через четыре дня от потери крови воевода скончался. Командование гарнизоном перешло к Афанасию Бейтону. В ночь на 14 июля цинские войска устроили общий штурм с приречной и северной стороны. Однако албазинцы не только отбили приступ, но и сами сделали вылазку, дойдя до вражеского лагеря у речного берега.
Лантань принял решение готовиться к долгой осаде. Для цинского войска вокруг Албазина было устроено четыре осадных городка из землянок. Русскую крепость на расстоянии 400 метров со всех сторон окружили траншеями и валами. Так же за валами были устроены насыпные возвышения, на которых устанавливались тяжелые орудия для обстрела внутри крепостного пространства. Всего у маньчжур было 15 тяжелых «ломовых» орудий, способных простреливать весь Албазин. Защитники крепости вынуждены были укрываться от их огня в подземных убежищах. Все строения в городе были разрушены.
Пять раз албазинцы устраивали вылазки, успешно применяя в них тогдашнюю военную новинку — гранаты. Особенно успешной была вылазка в ночь на 16 августа, когда русские едва не захватили главную северную осадную батарею. Во время вылазок было убито по русским данным до 150 маньчжур. Сами русские потеряли 20 человек. 1 сентября маньчжуры устроили масштабный штурм всеми силами, который закончился для них неудачей. Чтобы взорвать крепостной вал, рылся подземный ход, но русские его обнаружили и заблаговременно взорвали сами.
Наступила осень, приближалась зима. Из-за ледохода маньчжуры были вынуждены поставить свои суда в затон. Из-за прекращения речного сообщения у цинского войска сразу же возникли проблемы с продовольствием. У русских в Албазине хлебных запасов было довольно, но вспыхнула эпидемия цинги, от которой к осени уже умерло порядка 50 человек. Маньчжуры подбрасывали в крепость грамоты с предложениями свободно выпустить русских из крепости либо же принять их «с честью» на свою службу.
В октябре 1686 года маньчжуры устроили последний и самый ожесточенный штурм. К крепости двигали два дровяных вала, чтобы засыпать ими ров и поставить вровень с земляным валами. С таких подвижных валов цинские войска могли бы сбить с крепостных укреплений защитников и ворваться в крепость. Русские вновь устроили вылазки и подожгли один вал, второй был взорван при помощи подкопа. Часть дров досталось русским, которые использовали их для обогрева. В результате боев к началу зимы погибло около ста русских, гораздо тяжелее были потери от болезней — из-за цинги умерло около 500 человек.
К декабрю в Албазине оставалось в живых всего 150 казаков, из которых только 45 могли нести караульную службу, остальные лежали больными. Сам Бейтон из-за опухших ног передвигался на костылях. Осада приняла характер борьбы на истощение. Цинские войска несли потери в боях и от голода. Всего по русским данным, основанным на показаниях пленных, противник потерял более 1,5 тыс. человек. Общие потери цинских войск оцениваются в 2,5 тыс. человек.
В конце октября 1686 года в Пекин прибыли русские послы, Никифор Венюков и Иван Фаворов. Китайский император, зная об упорной обороне Албазина, согласился на перемирие. Сообщение о перемирии дошло до Албазина в начале декабря. Однако цинские войска, прекратив обстрелы, не отходили от русской крепости, надеясь, что холод и болезни всё же заставят русских сдаться. Только 6 мая 1687 года Лантань отступил от Албазина на 4 километра. Маньчжуры оставались вблизи города, чтобы не дать русским засеять окрестные поля. В августе маньчжуры наконец ушли вниз по Амуру. Однако в последующем цинские флотилии появлялись у Албазина в июле 1688 и в августе 1689 года, сжигая посевы, чтобы лишить русский гарнизон запасов продовольствия. Таким образом, в случае возобновления военных действия и новой осады, Албазин не смог бы долго продержаться. Во многом это определило согласие России, в соответствии с Нерчинским договором, на уничтожение Албазина
В сентябре 1689 года русский гарнизон, взяв имущество, пушки и церковную утварь, покинул Албазин, предварительно разрушив укрепления и дома. Но несмотря на уничтожение города по условиям соглашения и уход русских из Приамурья, оборона Албазина заставила Цинский Китай отказаться от своих претензий на другие русские земли.