宰相张居正推行“一条鞭法”，下令丈量全国土地，将耕种田地查实上报，安徽巡抚孙光祐有意逢迎，下令10日内即催促完报，且欲将山坡、湖荡一并充作耕地丈量。叶梦熊不愿作伪贪功，据理反对，据实丈量，被巡抚孙光祐以“缓令”之罪奏夺俸3月，但他仍以治理一方为己任，率民抗旱，诛锄盗寇，因政绩显著，获朝廷玺书褒奖，升云南副使，兵备金腾，未到任，改任浙江巡海兵使。
时日本海盗屡犯海疆，警报频仍，叶梦熊巡视四明至周山各险后，为强固海防，即召外海渔船，下令编次，各分界限，自为部伍，教练技击，修缮器械，使各地皆兵，守望有赖，沿海安定，每年节省一半军饷。当时，朝廷诏求边才，以管治边境，抵御外侮，中书省和御史台大臣纷纷奏举叶梦熊，后调任永平道兵备。到任即向总督王一鹗献“破敌莫如车战火攻，宜依古式制轻车、神炮”之策，被采纳，依法督造。辽东战事危急，轻车、神炮运至，初试锋芒，辽兵溃败，朝廷除嘉奖外，还取轻车大炮品样颁发北方九个军事重镇依式制造使用。考察内外官员，叶梦熊被评为“廉能第一”，升任山东肃政廉访使。制订“慎刑条约”，令诸司恪守，不得轻议乱逮，以防冤枉无辜，山东诸郡一时狱为之清，历任山东按察使、山东布政使。
鞑靼火落赤部攻扰洮、河二卫，两副总兵先后被杀害，陕甘边境告急。次年春，魏学曾起为兵部尚书，总督陕甘军务，调叶梦熊巡抚陕西，叶梦熊单骑就道至陕西，直趋河州，整治甲兵，修整车炮，日以酒食招待士卒。密派总兵尤继先将火落赤部赶出莽剌儿工川，旋擢副都御史，巡抚甘肃，奏准在兰州制造大炮千门，大振军威。
宁夏致仕副总兵哱拜及其子承恩，在宁夏发动叛乱，杀抚臣，劫主将，攻取河西47堡，全陕震动，魏学曾发兵迎击，难有进展。朝廷增发援兵，诸将多怯行，叶梦熊洒泪上书自请，被允以原官协同总督往援，日夜兼程间道至灵州与魏学曾等会合。此时，叛军3万聚据罗山，他便命骁将麻贵率千人突袭，叛军转攻城北，叶梦熊亲自率军迎战，叛军大挫，退守宁夏镇城，双方对峙。魏学曾师久无功，被削职为民，由叶梦熊代行其职，赐“上方剑”，叶梦熊激励士气，筑堤引黄河水灌城。城内粮尽，叛军阵乱，梦熊亲冒矢石督战，用大炮攻焚城楼，击退叛军援兵2万，又以蜡丸封书射入城中，分化叛军，使其互相残杀。城内商民纷起响应，城破，宁夏乱平，捷报至京，朝野同庆。魏学曾得叶梦熊大力推举，官复原职，诸将各有封赏，叶梦熊也以功升右都御史，荫一子锦衣卫正千户世袭，并在贺兰山刻石记其平叛之功。
宁夏平定后，叶梦熊镇守固原，后上疏称病辞归乡里，未允，加封兵部尚书，荫一子入国子监读书，后改南京工部尚书，加封太子少保，升任太子太保。叶梦熊急流勇退，5次上书请归，最后获准，即于同年返抵惠州，归时行李俭朴，至家中田宅无增，居家恂恂恭谨，倡义劝施，无所吝啬，闲暇无事，呼诸侄泛舟西湖，行酒赋诗。