从雍正四年（1726年）开始，他追随鄂尔泰征讨苗疆，屡立战功。雍正六年（1728年）六月，出任贵州巡抚，张广泗深得鄂尔泰信任，是他最得力的助手。雍正十三年（1735年）七月二十四日，从西路军前线撤回的张广泗升任湖广总督。一年后出任贵州总督，继续负责平息苗疆叛乱事宜。乾隆十二年（1747年）三月转任川陕总督，经略平定大小金川军务。与此同时，加太子太保衔。
因进剿金川的事务久无进展。乾隆十三年（1748年），乾隆帝命大学士讷亲为经略前往，又起用岳钟琪至军营效力。讷亲、岳钟琪俱劾张广泗玩兵养寇，贻误军机，张广泗被革职解京。乾隆帝亲自在瀛台审讯，张广泗拒不服罪，最后以失误军机罪处斩。
人物生平
早期经历
张广泗少年时期以监生的身份被授为知府。康熙六十一年（1722年），前去贵州思州为官。雍正四年（1726年），又调往云南楚雄为官。当时云贵总督鄂尔泰讨伐作乱的苗族村寨，就用张广泗来辅佐他，并且上奏要将其改调黎平。
雍正五年（1727年），张广泗被提升为贵州按察使。雍正六年（1728年），张广泗率兵赴都匀、黎平、镇远、清平等地驯服各个苗族部落，并根据不同的情况剿抚并用，之后被授为巡抚。 当时各个苗族村寨中，就属清平丹江的苗人最剽悍，张广泗派遣军队分道攻克小丹江、大丹江以及鸡沟等寨。属镇远管辖的上九股诸寨与丹江的苗人村寨接壤，也紧接着一个个被降服。下九股、清水江、古州的诸个苗寨全部被平定。向雍正帝上书报捷之后，雍正帝命张广泗与鄂尔泰纤细地议论一下善后的各个事务。
雍正十年（1732年），张广泗上疏雍正帝说：“清水江和都江连贯贵州、湖北、广东三个省，应当设置哨船联络声势。古州应该贮藏积粮，应该责成同知以下的人前去办理。还应当去教化当地的苗民。”雍正帝采取了他的建议并派人去办理。张广泗因功被授为世代承袭的喇布勒哈番。
平定西北
雍正十年（1732年）十月，准噶尔部骚扰清朝的边境，宁远大将军岳钟琪率领大军出西路。雍正帝任命张广泗为副将军，下诏他进京并授给他用兵方略。张广泗到达军队之后，岳钟琪刚刚从巴尔广尔调军前去穆垒。张广泗率领四千人从鄂隆吉出动，与岳钟琪在科舍图合军一处，到达穆垒。
雍正帝召岳钟琪还京，并且命张广泗守护大将军印。张广泗上书弹劾岳钟琪说：“穆垒地处两山之间，在两座山之间筑城，就像在锅底筑城一样，这不是屯兵出战的理想地点。如今筑城尚未完成，臣与副将军常赉两营的人马处于要冲之地，只有两三百兵马，即使是将军岳钟琪的大营也仅仅有数百人，如果遇到准噶尔部人马的袭击将何以抵挡？准噶尔只用骑兵，我们的兵马一定要骑兵步兵兼用，而岳钟琪决意要用兵车，西北多沙地，用兵车不是一个明智的选择。而且军中除了马步兵的弓箭、鸟枪之外，其余的人仅仅持有木梃，兵器非常缺乏，官兵没有不议论这件事的。况且穆垒又没有合适的牧地，岳钟琪留下战马二千余匹，全部就牧于乌兰乌苏、科舍图两地，准噶尔正在窥测我们的战马。我军在西北驻兵数万人，粮草是最重要的。西北多丛山大岭，车驼运输粮草，一定要绕过沙地。岳钟琪听说敌人来了之后马上命令停止运输，使得军中粮草供给不足。并且岳钟琪刚愎自用，号令不明。”
雍正帝听了即刻夺了岳钟琪的官位，命张广泗还军巴尔库尔。张广泗立刻率军回到了巴尔库尔，分兵驻防洮赉、无克克岭等地，切断敌军向南的通道；派军防守廋集察罕、哈马尔，切断西面敌人前来的通道。巴尔库尔以北是镜儿泉、噶顺、乌卜图克勒克等地，东北是图古里克、特尔库勒等地，敌军从沙漠而来，各个方向都可以杀到这里，所以张广泗在各地都派兵守卫。其他的各个重要关隘也一并设置了卡伦，并加强对牧场的防护，哈密、塔勒纳沁也全部增兵防备。很快朝廷就以查郎阿为大将军，张广泗被授为正红旗汉军都统，仍然留在军中效力。
雍正十一年（1733年），张广泗率领万余人分驻北山。雍正十二年（1734年），清军侦察到敌军已经到了乌尔图河，张广泗下令副都统班第达什、总兵张元佐及提督樊廷前去截击，大军越过噶顺到达鄂隆吉，击败了前来进犯的敌军，斩杀准噶尔四百余人，俘获了三十六人。雍正帝听闻捷报之后下令对其进行议功封赏。雍正十三年（1735年），准噶尔部乞和，张广泗从西北班师回京，被授为湖广总督。
经韬纬略
自从鄂尔泰平定苗疆之后，当地的九股苗族村寨又继续为乱。尚书张照和将军哈元生、副将军董芳一起率兵征讨苗乱多时，仍然没有成效。雍正十三年（1735年）九月，乾隆帝刚刚即位，就授予张广泗经略之职，命其亲自去贵州平乱，将军以下的官员全部听他节制。张广泗上任之初就上疏乾隆帝，弹劾张照贻误军机，征集了数万兵马，哈元生的军队沿途分布，但是用来攻剿苗乱的却实际不过三千，顾此失彼。董芳驻守八弓，仅仅进行招抚。巡抚元展成进行赈济之时，条款错乱，做事不利，导致官民并困。 乾隆帝罢免了张照、董芳、元展成等人的职务，命张广泗兼领贵州巡抚之职；罢免哈元生将军之 职，以其为提督听从张广泗的调遣。同年十二月，张广泗率军到达凯里（位于今贵州），分兵三路进剿苗匪：副将长寿从空稗出动，总兵王无党从台营从进军，张广泗也亲自率军出动，克日并进。击破了上九股的卦丁等寨，烧毁了他们的寨子，剩余的苗匪退守凯里牛皮大箐。
乾隆元年（1736年）正月，张广泗令诸军合围苗匪，清军依山围剿，步步进逼，并利用“以苗攻苗”的手法瓦解苗乱，诸苗全部被平定。朝廷授张广泗为云贵总督，兼领巡抚之职，进封为三等世代承袭的阿达哈哈番。张广泗上奏乾隆帝，请求制订镇远、安顺、大定、平远等营的规制，增加贵州的兵额，总计二千九百多人。乾隆三年（1738年），张广泗又请求治理清水江、都江，增加造钱的炉子。朝廷都进行对此进行讨论。
乾隆五年（1740年），张广泗入京觐见乾隆帝，适逢湖广步横岭等寨的红苗纠结了广东的瑶匪作乱，乾隆帝命张广泗前去勘察。九月，命他为钦差大臣，湖北、广东提镇以下的官员都受他节制。同年十一月，当地的叛乱被平定。
乾隆六年（1741年）正月到达京师，上奏祈求回乡安葬父母。贵州黎平的黑苗又纠结了广东的瑶匪作乱，乾隆帝命张广泗回到贵州进行处理，张广泗很快俘获苗乱首领石金元等人并将其依法处决。乾隆十年（1745年），张广泗加太子少保衔。
决策失误
乾隆十一年（1746年），四川大金川土司莎罗奔作乱，张广泗被调任为川陕总督。张广泗到了军中，小金川土司泽旺土舍良尔吉前来归降。八月，张广泗派遣总兵宋宗璋、许应虎分两路攻打勒乌围，副将马良柱攻打噶拉依，副将张兴、参将买国良继而前往进剿 。但是金川地区山势险峻、敌军碉堡坚固难攻，张广泗在此转战两年，还是未能获得成功。
乾隆十三年（1748年），张广泗上疏弹劾良柱从丹噶撤军导致炮械被毁，乾隆帝命将其逮捕前去京师问罪。面对长久不能取胜的金川局势，乾隆帝任命大学士讷亲为经略，前去调度兵马，并重新起用了岳钟琪到达前线，下诏责备张广泗的大军作战无方、胆怯惧敌。张广泗奏报攻克了戎布寨五十余座碉堡，乾隆帝谕旨说：“这不过是一次小小的胜利。等着你更大的捷报，以慰朝廷对西部战事的投入。”
大学士讷亲到了军中之后，仍然指挥军队攻打敌军碉堡，清军未能取胜。总兵任举是一员骁将，也不幸战死。张广泗下令清军也修筑碉堡。乾隆帝以为这不是一个好的策略，责备张广泗附和推诿，下严旨进行训示。讷亲恰在此时弹劾张广泗分十路进兵，导致兵力微弱，老师糜饷；岳钟琪也弹劾张广泗疏于职守、养寇为患，任用良尔吉和叛臣王秋，导致军事机密泄露给了敌军。
最终结局
乾隆帝看到之后责备张广泗贻误军机，将其罢官免职，逮捕了张广泗并押往京师治罪，乾隆帝到瀛台亲自审问他。张广泗极力诉说其冤，乾隆帝命用刑，张广泗仍然不停辩白。乾隆帝下谕说：“用兵大小金川，张广泗、讷亲先后贻误军机。张广泗刚刚到了军中的时候，就夸下海口，过了很长时间还没有获得成功，然后他就将责任推诿给部下。讷亲去了之后，他仍然观望推诿，看见讷亲的种种不合适的举措，他都不去指正。当知道讷亲的策略必败之后，他还幸灾乐祸，进行非议，可见其内心之险恶。朕已经全部知道了其中的缘由。张广泗和讷亲都是朕的股肱之臣，如今朕将其治罪，以明国法。”接着，乾隆帝命军机大臣和刑部一起商议张广泗的罪行，最后以失误军机之罪按律斩首。同年十二月，张广泗被处斩。
主要成就
用兵西北
雍正十年（1732年），准噶尔进扰哈密等地，张广泗为副将军。随宁远大将军岳钟琪征讨。奏劾岳钟琪调度失误，岳钟琪被革职。授张广泗正红旗汉军都统。雍正十三年（1735年），准噶尔求和。
镇压苗乱
雍正五年（1727年），张广泗升贵州按察使，镇压苗民起义有功，提拔为贵州巡抚。乾隆帝即位后，逮捕张照治罪，命张广泗为七省经略，节制诸军。张广泗到了军中之后，弹劾哈元生只用招抚之策。免官逮入京师论斩。乾隆帝命免死赴西路军效力。张广泗又弹劾董芳师集数月，剿抚无端。免官逮至京师，以副将发云南。张广泗调集贵州的兵马，集中于镇远府。分三路进攻苗寨。乾隆元年（1736年）春，又增加兵力，分八路进军。六月间战事结束，共毁苗寨一千二百二十四所，斩杀一万七千余人，俘掳二万五千余。
开发苗疆
雍正年间，清政府曾派官员负责清水江的航运事务，曾雇苗船试航清水江。随后，贵州巡抚张广泗又提请治理清水江河道，使贵州的内航运与海运通联，直抵南京和上海。于是“苗木”源源不断地从清水江运往全国各地。
在张广泗治理时期，苗疆屯军垦田总数在七万亩以上。垦殖活动的大力开展，促进了地主经济对原土司地区领主经济的取代。清查、没收和变卖土司土地，进行新的土地分配，客观上在民族地区扶植了一批新兴地主，一些原本无地的夷民也获得部分土地，逐渐转变成为自耕农。
出征金川
乾隆十二年（1747年）三月，金川土司沙罗奔反，张广泗领兵三万进攻金川。六月，小金川土司泽旺及弟良尔吉来降。张广泗即驻兵于泽旺的美诺寨，命良尔吉从征。庆复被召回京。张广泗分兵两路攻打大金川。莎罗奔阻山为石垒，清军无法前进。十月，纪山及张广泗先后奏报莎罗奔乞降。乾隆十三年（1748年）正月，张广泗又奏请增兵一万进攻，但至三月，仍无进展。
轶事典故
乾隆十一年（1746年）八月，张广泗在向乾隆帝奏陈中称，大金川四处皆山，陡峻无比，而且叛军在险要处皆建一种独特的防御性建筑——碉楼，根本无法攻取。当张广泗率军进入金川地区的时候，看到的正是这样的防御体系：金川境内都是陡峭的山地，叛军在险要之处设置碉楼，碉楼以石头砌成，像一个小号的城堡，形状像佛塔。碉楼有高有矮，高的十五六丈，矮的八九丈。但正是这种佛塔式的建筑却具有强的防御能力。每个碉楼的四周高下皆有小孔，土司军队居高临下，远可射，近可砸，以守代攻，游刃有余。
对此，被清廷视为“平苗良将”的张广泗想尽办法，“或穴地道，以轰地雷，或挖墙孔，以施火炮，或围绝水道，以坐困之，种种设法”，却无一能够奏效。更令张广泗头疼的是，每座碉楼的大门都设在离地面数米高的地方，门前放置一根活动的独木梯，供人上下。一旦抽走独木梯，入侵者想要进入碉楼，那可比登天还难。所以，清军只能“半月旬日攻一碉，攻一碉难于克一城”，一直到乾隆十三年（1748年）七月，清军损失过半，金川平定仍然遥遥无期。张广泗再次上疏朝廷，希望将战事转攻为守，清军同样修筑碉碉以防御金川叛军。乾隆思虑良久，认为此策不仅主客倒置，而且兵力财力也不允许，更会留下无穷后患，斥责张广泗另谋他策。
从乾隆十一年（1746年）以来，金川用兵近三年，兵至四万有余，耗银近千万两，而对手只不过是小小的土司，最后将罪名全部加到张广泗头上，这多少有些冤枉了这位良将，问题的关键却是碉楼强大的防御能力。
人物评价
《清史稿》：“广泗倾钟琪，劾照，知讷亲不可撼，乃坐视其败，以忮杀其身，虽有劳不能逭。吁，可畏哉！”
雍正帝：“即如张广泗在朕前有可保十数年无事之奏，乃言犹在耳，而永从之案又报到矣，岂得谓之无事乎？”
蔡东藩：广泗信汉奸，比匪人，轻视讷亲，积不相容，固有难逭之罪，然金川艰险，战碉林立，非广泗之出兵捣毁，则傅恒分路深入之计，恐亦未能骤行。且广泗逮还，高宗亲讯，以其抗辩而杀之，尤为失当。广泗有罪，理屈词穷，杀之可也，乃广泗尚有可辨之处，而高宗不问曲直，立置重刑，刑戮任情，得毋太过！况广泗有平苗之大功，尤应曲为赦宥乎？傅恒一出，叛酋乞降，虽由间谍之被诛，然其时金川精锐，已皆伤亡于张广泗之手，广泗不幸而冲其坚，傅恒特幸而乘其敝耳。
王博恩：客观地讲，张广泗和岳钟琪均算得上是首屈一指的虎将，都为大清边疆的稳定做出了重要贡献。
史书记载
《清史稿·卷二百九十七·列传八十四》
艺术形象
二月河《乾隆皇帝》：四十刚出头的中年人，白皙的面孔略显长点，一双眉毛笔直挑起，透着一股杀气，嘴角微微翘起。