В сентябре 1848 г. поручик «за отличие, оказанное в делах с горцами», награждается орденом Святой Анны 4-й степени с подписью: «За храбрость». В 1849 г. Лорис-Меликов произведен в штаб-ротмистры. В августе 1850 г. новый орден: Святой Анны 3-й степени с мечами и бантом. В июле 1851 г. Лорис-Меликов становится ротмистром. В 1852 г. офицер награждается еще двумя орденами: Святой Анны 2-й степени с мечами и Святой Анны 2-й степени с Императорской короной. За отличие в сражении под Баш-Кадыкмаром против турок награжден золотой саблей с подписью: «За храбрость». За успешные действия в борьбе с горцами Лорис-Меликова произвели в полковники.
В Крымскую войну (1853–1856 гг.) М. Т. Лорис-Меликов на кавказском театре военных действий. Турецкой армии Абди-паши (около 100 тысяч человек) противостояли малочисленные гарнизоны. Война началась 4 (16) октября 1853 года, а 29 уже октября у местечка Карачах Лорис-Меликов во главе казачьего эскадрона попал под обстрел противника. После этого сражения он непрерывно находился в схватках, проявлял мужество и находчивость. В апреле 1855 г. М. Т. Лорис-Меликов был назначен «состоять для особых поручений» при наместнике на Кавказе и главнокомандующем Отдельным Кавказским корпусом генерале Н. Н. Муравьеве. Лорис-Меликову подчинялся отряд в «три сотни охотников», состоящий из людей разных национальностей: русских и турецких армян, грузин, жителей мусульманских провинций. Они отличались отвагой, расторопностью, знанием местности, умением добывать информацию о противнике. Успешные военные действия, руководимые Лорис-Меликовым, способствовали началу главной операции — взятию крепости Карс. Началась осада Карса. Под натиском русских защитники крепости вынуждены были 16 ноября 1855 г. капитулировать. В результате был захвачен весь Карский пашалык (провинция, подчиненная власти паши). Теперь она стала Карской областью. Ее начальником был назначен Лорис-Меликов.
Предстояла сложная административно-хозяйственная деятельность на турецкой территории. Удалось установить отношения с турецкими чиновниками; начали действовать канцелярия, казначейство, полицейские и почтовые ведомства. По словам Н. Н. Муравьева, благодаря умелым распоряжениям Лорис-Меликова «порядок скоро водворился, как в области, так и в самом городе Карсе. Откупные, существовавшие при Турецком правлении, были приведены в известность и стали давать доходы, в числе коих важнейший получался от соляных копей, приобретенных нами на берегах Аракса, вблизи Кагызмана». Корректные распоряжения Лорис-Меликова проявились и в управлении духовной сферой. Выяснилось, что мечети, занятые во время военных действий под складские помещения, потеряли свое культовое значение. Русских обвинили в осквернении мусульманских святынь. Действовать пришлось оперативно. Начальник области собрал мулл. После чего мечети были срочно освобождены от посторонних предметов, что позволило восстановить службу.
Дальнейшие международные события остановили успешные действия администратора. В марте 1856 г. по Парижскому мирному договору Карс и его окрестности возвращались Турции в обмен на Севастополь и другие русские города, занятые союзниками. Во время процедуры передачи Карса Мушир Измаил-паша «от имени правительства дружески благодарил полковника Лорис-Меликова за попечение о Крае». Заслуги Лорис-Меликова особенно ценились в России. В августе 1856 г. М. Т. Лорис-Меликова произвели в генерал-майоры. В этот момент ему было только 30 лет.
После Крымской войны востребованность молодого генерала была велика. 10 июля 1857 г. новый наместник на Кавказе генерал-фельдмаршал князь А. И. Барятинский обратился с рапортом к военному министру Н. О. Сухозанету откомандировать в Кавказский корпус именно Лорис-Меликова, который становится начальником войск в Абхазии и инспектором линейных батальонов Кутаисского генерал-губернаторства.
В 1860 г. следует новое повышение в должности — пост военного начальника Южного Дагестана и дербентского градоначальника. В этом же году Лорис-Меликов выполняет важное дипломатическое поручение. 11 мая 1860 г. князь Барятинский докладывал Александру II, что М. Т. Лорис-Меликов послан в Константинополь, где вместе с послом России в Турции князем А. Б. Лобановым-Ростовским должен добиться согласия турецкого правительства «на открытие нам трех пунктов на границе, чтобы туда направить группы переселенцев…». Миссия была успешно выполнена, и Лорис-Меликов в июне 1860 г. получил очередной орден — Святой Анны 1-й степени с мечами.