兵哱拜，這位蒙古韃靼人以糧餉發放不及時為藉口，煽動士兵叛變，殺害巡撫黨馨與副使石繼芳，奪取符印，與河套地區韃靼部勾結，攻取河西四十七堡，使得局勢急劇惡化，威脅到了西北的安定。呂兆熊深知，若不及時平叛，後果不堪設想。

三月初八，呂兆熊率領李如松、麻貴等精銳部隊前往寧夏，採取迂迴戰術，未直接進攻叛軍重鎮銀川府，而是先駐紮於相對穩定的靈武城，這裡距離銀川僅40公里，隔黃河相望。在靈武城，呂兆熊集結兵力，制定策略，等待時機。他拒絕了決黃河水灌城的提議，堅持認為應以減少百姓傷亡為原則，主張圍而不攻，等待叛軍糧草耗盡。

初夏的一天，叛軍首領哱承恩帶領200餘精銳外出搶糧，落入呂兆熊精心佈置的陷阱。在通往叛軍必經之路的峽谷中，呂兆熊預先放置了裝有信鴿的銀匣子，一旦叛軍接近，信鴿便會飛出，向官軍傳遞資訊。當叛軍進入峽谷，官軍佔據高地，利用地形優勢發起突襲，大石如雨，叛軍措手不及，損失慘重。首領哱承恩身負重傷，叛軍自此不敢輕舉妄動，固守城內，內外交困。

叛軍內部開始出現分裂，劉東暘殺害了土文秀，哱承恩又殺了許朝，隨後周閏柱又將劉東暘殺害，軍心大亂。呂兆熊抓住叛軍內訌的機會，一舉攻破銀川城，迫使叛軍投降。亂首哱拜闔門自盡，哱承恩等主要叛軍頭目被擒，寧夏之亂終被平定。

呂兆熊的軍事才能和政治智慧在這場平叛戰役中展現得淋漓盡致，他不僅挽救了西北邊疆的危機，也為明王朝立下了赫赫戰功。萬曆帝對其嘉獎有加，呂兆熊的官職因此屢次晉升，成為當時備受推崇的軍事家和政治家。平定寧夏叛亂，不僅是萬曆朝的一項重大軍事行動，也成為了明朝歷史上一段佳話，呂兆熊的名字也因此被載入史冊，成為後世歌頌的英雄。