十一月，授四川总督。小金川头人在卡外投书、馈赠土产，桂林不接受，檄文揭发其土司头目僧格桑的罪状。不久，率兵收复约咱，进而攻克该土司在东山梁的大小碉堡五座、石卡二十余。桂林疏请增调贵州、陕西之兵五千人，干隆帝拨陕西、甘肃兵三千前往增援。不久，桂林率领总兵宋元俊攻卡丫，进而占据墨尔多山。干隆帝嘉奖桂林措施得当，下手诏称，“无意中用汝，竟能得力。亦赖在军机处半年，日耹朕训也。”三十七年（1772年），清军接连攻克卡丫、郭松、甲木、噶尔金、噶尔金后山梁。清军分兵攻东山梁、阿仰，从墨垄沟进抵达乌围。当时，大金川头