В 1892 г. он окончил дополнительный курс, что давало приоритет при дальнейшем распределении. Однако Лавр Георгиевич вместо, например, престижного столичного округа выбрал в качестве места службы родной Туркестанский край — 5-ю батарею Туркестанской артиллерийской бригады. Через три года он поступил в элитную Николаевскую академию Генерального штаба, которую окончил с малой серебряной медалью и досрочным произведением в капитаны. Как писал донской атаман А. П. Богаевский: «С ген. Корниловым я был вместе в Академии Генерального штаба. Скромный и застенчивый армейский артиллерийский офицер, худощавый, небольшого роста, с монгольским лицом, он был мало заметен в Академии и только во время экзаменов сразу выделился блестящими успехами по всем наукам».
Омский кадетский корпус
Однако надев аксельбанты генерального штаба, он снова принял решение отправиться в Туркестан, где вплоть до начала русско-японской войны служил в штабе округа. Он участвовал в разведывательных экспедициях в Восточном Туркестане, Афганистане, Иране и Индии, собирал важнейшие картографические материалы, сведения о местных народах, а также занимался созданием агентурных сетей. Как разведчик он показал прекрасные аналитические способности, а результаты его исследований имели не только военную, но и научную ценность. Приходилось проявлять и храбрость. Так, в 1898 г. он самолично пересек границу и под видом добровольца, который собирался идти на службу эмиру Абдурахману, пробрался к секретной крепости Дейдади, сделав ряд снимков и обследовав прилегающую местность. Правда, подобная инициатива вызвала нарекания со стороны начальства в Петербурге: там считали необоснованным рисковать жизнью талантливого офицера.
В 1904 г. началась русско-японская война, и Лавр Георгиевич рвался на фронт. Ему удалось выбить себе должность штаб-офицера 1-й бригады Сводно-стрелкового корпуса (фактически же он исполнял обязанности начальника штаба). В аттестации указывалось: «…Здоровье — хорошее, умственные способности — выдающиеся, нравственные качества — очень хорошие… воли твердой, трудолюбив и при большом честолюбии… вследствие прекрасных способностей, а равно большого самолюбия справится со всякими делами…»
После поражения русской армии в Мукденском сражении (февраль 1905 г.) бригада Корнилова прикрывала отступление отдельных частей. Около деревни Вазые ее полки попали в окружение. Лавр Георгиевич лично принял на себя командование: переходя в штыковые удары, окруженные части сумели выйти из угрожающего положения. Как вспоминал генерал М. К. Дитерихс, встретивший Корнилова вскоре после этих событий: «Скромно, смущенно Корнилов возвращался со своего геройского подвига. Он не отдавал себе отчета о том величии личного подвига, на который толкнула его отвага воина и понимание обстановки готовившейся сухопутной Цусимы под Мукденом, для армий несчастливого Куропаткина. Только глаза его горели огнем счастья и отваги и виделась в них сознательная готовность пожертвовать собой, но спасти русскую армию…» За годы русско-японской он получил орден Св. Георгия 4-й степени, Георгиевское оружие и производство в полковники.
Неудачное окончание русско-японской войны привело к реформированию всей военной системы и продвижению по службе наиболее отличившихся офицеров. Среди них был и Корнилов. В 1906 г. он перешел в Главное управление Генерального штаба, где занимался постановкой разведки на южных рубежах империи. Лавр Георгиевич присоединился к группе военных офицеров во главе с Ф. Ф. Палицыным, которые выступали на кардинальное реформирование вооруженных сил. Среди других участников были и другие в будущем прославленные генералы, например, М. В. Алексеев, С. Л. Марков, И. П. Романовский. Все они и будут стоять у истоков Белого движения.
Однако штабная должность была не по душе Лавру Георгиевичу, который в это времени перенес тяжелые потрясения: смерть отца и маленького сына. В 1907 г. он вырвался из столицы и снова ушел в разведку, став военным агентом в Китае. Как писал известный историк военной разведки Звонарев: «По словам 5-го делопроизводства Генштаба, сведения военной агентуры о развитии военных реформ в Китае и о различных организационных мероприятиях военного характера, предпринимавшихся китайским правительством, были вполне удовлетворительными, зачастую обширными, полными и обстоятельными. Наиболее ценные, полные и обстоятельные донесения получались от военного агента». Конечно, были и определенные «шероховатости». Помощник Корнилова в Мукдене подполковник Афанасьев неоднократно жаловался на излишне авторитарный стиль руководства.