图海早年天资忠悫，性情敦笃。初任笔贴式加员外郎衔。
顺治二年（1645年）四月，改任内国史馆侍读，五月，兼任明史纂修官。这一年，与图海同时被提为国史馆侍读的有五人，被提为明史纂修官的有九人。
顺治八年（1651年）二月，图海背着史书跟从顺治帝到南苑，顺治帝见他举止稳重，“欲重用之”，恐别人不服，就对众人说：“这个中书举止异常，应当依法处置。”众人都以图海无罪为他求情，顺治帝说：“不然，立刻让他担任卿相，才可以满足他的愿望。”因此，立即授予他内秘书院学士。
顺治十年（1653年），图海被晋升为弘文院大学士，列议政大臣，参与机务。
顺治十二年（1655年）二月，因恪勤职守，加太子太保。五月，兼管刑部尚书事。次年考满，加少保，萌一子入监读书。可以说，正是由于顺治帝的赏识提拔，图海才迅速成为朝中的股肱大臣。后来顺治帝也说：“图海原系白身，朕破格优擢，任用一品。”
图海在管理刑部期间，并没有辜负顺治帝的期望，做了一些有益的改革，受到时人的肯定。据史载，他与姚文然同定律例，将明代酷法进行删除，并奏准除去死囚的长伽、匣床，以免狱卒凌虐。又毁掉明代镇抚司所用的酷刑刑具，如吕公绦、红绣鞋等，以免后人效法。这些做法，使得“当时翕然颂德”。
但图海的仕途并非一帆风顺，顺治帝对他的宠信日渐减少。
顺治十三年（1656年）七月，图海管理刑部仅一年多，就被顺治帝革去拜他喇布勒哈番、太子太保，又降sān_jí。
顺治十五年（1658年），因江南乡试作弊一案，刑部“徇庇迟至经年”，“问拟甚轻”，图海受牵连，被革去少保、太子太保及所加之级。十二月，他奉命同大学士巴哈纳、金之俊、卫周祚、李霨等校订《大清律》。
顺治十六年（1659年）闰三月，图海再次受到严重的打击。起因是侍卫阿拉那与公额尔克戴青家奴斗殴于市，刑部在审理时，判处阿拉那鞭一百，折赎，上奏得准。但十八天后，顺治帝下旨严办图海，图海被革职，家产籍没。这次处罚对图海来说，当然是非常致命的打击，丢官败家，还险些丧命。
是顺治帝并没有忘记这件事。在顺治十八年十月，他临终弥留之际，留下了遗言：“原任都统图海，情罪原屈，欲改未及。遇有满洲都统缺补用。著图海补授都统。”可知顺治帝反省此事，承认图海是被冤屈的，所以留下遗言，待日后由新皇帝为他弥补。正是因为有了顺治帝的这句话，所以康熙帝即位后，马上就授予图海正黄旗满洲都统一职。
清兵入关二十年来，南明政权、大西、大顺农民军以及各地各阶层的抗清斗争势力，几乎全部被镇压下去。这时只有大顺农民军余部在郝摇旗、刘体纯、李来亨等率领下，据湖广、四川、陕西三省交界地的陨阳荆襄一带坚持抗清。清朝为统一全国，安定统治，决定消灭这块抗清据点。
康熙元年（1662）九月，下令三省各抽调三万绿营官兵，加上西安驻防八旗，实行会剿。面对十余万众的大敌，郝摇旗等组织农民军联合反击。次年七月下旬于彝陵（今湖北宜昌）附近重创湖广总督董学礼部。接着，又合师以七万之众进攻驻扎在四川巫山县境的湖广、四川总督李国英部，清军战事不利。八月，清廷决定再加强力量，任命图海为定西将军做为靖西将军都统穆里玛的副手，率领禁旅从京师出发，取道荆州前往征剿。图海至前线后与李国英、提督郑蛟麟、总兵俞奋起、于大海等实行连营围困。农民军乘清兵立足未稳之际，以三千余众袭击俞奋起营地，图海得报即亲自率兵迎战，击败之。终因众寡之势悬殊，农民军各部被围困在湖广兴山县一带，相继失败。
十二月底，清军攻破农民军陈家坡大营，刘体纯自缢而死。三天后农民军另一据点黄草坪亦被攻下，郝摇旗等被俘牺牲。只有李来亨独据茅麓山凭险抵抗，清军虽有二十万众却接近不得。最后由于图海等实行长期围困，绝其粮道和声援，农民军处境愈加险恶。至康熙三年（1664）终于力不能支，李来亨下令烧毁山寨，阖门自焚而死。十月，图海与穆里玛等下令将俘获的六千余名农民军尽数屠杀，然后携带被俘的三千余人口及八千余名降兵班师。
康熙六年（1667年），图海晋升为弘文院大学士，加世职为一等轻车都尉。九月，充任纂修《世祖章皇帝实录》总裁官。
康熙七年（1668年）十二月，比利时人南怀仁劾钦天监监副吴明烜推算历法差错，图海奉命同诸大臣同往测验。后来，在康熙八年（1669年）七月、康熙九年（1670年）六月、康熙十一年（1672年）六月，他几次受命同刑部审理重犯，皆称旨，不但当时就受到康熙帝的称赞，而且在几十年以后，康熙帝还以图海为例，让刑部的官员向他学习。
康熙九年（1670年）改为中和殿大学士兼礼部尚书。此时他在大学士中又位列第三。康熙十年（1671年）晋居第二。康熙十一年（1672年）七月，加太子太傅。声名复振，权势显赫。图海以文武之才，干练任职，卓有成效，而得到青年天子康熙帝的信任。
康熙十二年（1673年）三月，平南王尚可喜以年老疏请归辽东。七月，平西王吴三桂亦上书请求撤藩，
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