На защите этого доклада присутствовал командующий войсками гвардии и Петербургского военного округа великий князь Николай Николаевич. В историю он вошёл как Николай Николаевич «старший», в отличие от своего сына, великого князя Николая Николаевича «младшего». Перед началом доклада Николай Николаевич (старший) подошёл к взволнованному поручику как к старому знакомому и ободрил его несколькими ласковыми словами. Защита прошла прекрасно, и великий князь остался доволен [172, с. 16–18].
После выпуска молодой офицер стал подчиненным великого князя: он был назначен старшим адъютантом штаба 1-й гвардейской кавалерийской дивизии и нёс службу в Петербурге [17, с. 18–19]. Его первым важным поручением было в ходе лагерного сбора в Красном Селе сопровождать великого князя Николая Николаевича (старшего) и записывать все его устные замечания. В форме бюллетеня все это печаталось и рассылалось в войсковые части. В результате составился целый сборник руководящих указаний командующего округом [172, с. 20].
Великий князь был чрезвычайно доволен своим новым сотрудником и не уставал нахваливать его в беседах со знакомыми. Молодой рыжеволосый офицер с добродушным лицом не только прекрасно владел пером, но был ещё и прекрасным рассказчиком и к тому же отменным карикатуристом. Однажды он нарисовал смешной шарж на популярного теоретика военного дела генерала М. И. Драгомирова, который делал доклад во дворце великого князя Николая Николаевича. Рисунок показали генералу, но тот не обиделся, а лишь посмеялся и пожелал познакомиться с автором. Так завязалась дружба Сухомлинова с Драгомировым [172, с. 21].
В 1877 г. началась Русско-турецкая война. Великий князь Николай Николаевич был назначен главнокомандующим русской армией на Балканском фронте. Сначала Сухомлинов находился при нём. Когда русские войска, форсировав Дунай, заняли древнюю столицу Болгарии – Тырново – великий князь Николай Николаевич дал задание своему молодому помощнику наладить гражданское управление в городе, что тот с успехом и сделал.
Поручения главнокомандующего выполнял и его сын – Николай Николаевич (младший). Подобно деду, царю Николаю I, он отличался громадным ростом и на коне смотрелся не очень эффектно. Поэтому его отдали в Николаевское инженерное училище. Николай Николаевич (младший) окончил его в 1873 г. и сразу поступил в академию Генерального штаба. Так что хотя великий князь был моложе Сухомлинова на 8 лет, из Академии он вышел лишь на два года позднее.
По воспоминаниям Сухомлинова Николай Николаевич (младший) «не отличался храбростью в свите своего отца» [170, с. 53]. Видимо, Владимир Александрович оказался свидетелем трусливого поведения великого князя в каком-то эпизоде. Из-за этого у Николая Николаевича (младшего) возникла неприязнь к острому на язык и успешному на поле брани любимцу отца. В будущем они стали заклятыми врагами.
Зато В. А. Сухомлинову во время Русско-турецкой войны несколько раз представилась возможность показать своё мужество и профессионализм. Он, будучи офицером Генерального штаба, неоднократно руководил рекогносцировками – разведывательными вылазками к позициям врага с целью получения сведений о расположении противника, его огневых средствах и особенностях местности, где предполагались боевые действия. Излишне говорить, насколько это было опасно. Так 27 сентября 1877 г. во время рекогносцировки у Дольнего Дубняка на Софийском шоссе по окончании работ Сухомлинов и приданные ему восемь гусар 9-го Киевского полка были обнаружены черкесами. Но они не только сумели уйти от преследования, но и привели языков – трех турецких пехотинцев. За дело у Дольнего Дубняка Владимир Сухомлинов получил золотую саблю с надписью «За храбрость» и вскоре (14 октября) получил воинское звание подполковника [192, с. 704, 707].
В октябре великий князь Николай Николаевич направил Сухомлинова в отряд генерала П. П. Карцова с приказом захватить стратегически важный переход через Балканы – Троянский перевал. Карцов поручил молодому офицеру подготовить операцию, изучив подходы к Трояну. По льду и скалам подполковник Сухомлинов забрался в горы и тщательно зарисовал предполагаемый маршрут подъема. При этом он нашел обходной путь, по которому затем скрытно провел колонну русских войск. Благодаря профессионализму молодого генштабиста отряд Карцова взял турецкое укрепление «Орлиное гнездо», защищавшее Троянский перевал. За это Сухомлинов получил орден Георгия 4-й степени [20, с. 61].
После перехода русской армии через Балканы Сухомлинов некоторое время руководил штабом летучего кавалерийского отряда легендарного генерала М. Д. Скобелева. Владимиру Александровичу предстояло совершить ещё немало подвигов. Так 25 января лихой подполковник «с тремя казаками и трубачом занял г. Гюмурджин» [192, с. 704].