Корнилов был ловким и бесстрашным разведчиком российского Генерального штаба в сопредельных с Туркестаном странах: китайском Туркестане, Афганистане, Персии. Знал семь языков, в том числе четыре восточных. Итогом его исследовательских и разведывательных экспедиций стало несколько, в том числе секретных, научных трудов. В начале Японской войны подполковник Лавр Корнилов находился в Белуджистане, в британской Индии (ныне территория Пакистана).
Когда началась Русско-японская война 1904–1905 годов, Л. Г. Корнилов стал одним из ее подлинных героев. Он прибыл в Маньчжурию добровольцем на должность штаб-офицера в 1-ю стрелковую бригаду, фактически возглавляя ее штаб. Вместе со своими стрелками Лавру Георгиевичу суждено было стать героем Японской войны.
В феврале 1905 года, во время отступления от Мукдена, подполковник Корнилов прикрывал отход русских войск, находясь с бригадой в арьергарде. Будучи окружен со всех сторон превосходящими силами японцев у деревни Вазые, штыковой атакой трех стрелковых полков прорвал окружение и вывел бригаду с присоединившимися к ней войсками на соединение с армией. За совершенный подвиг был награжден орденом Святого Георгия 4-й степени и производится в «чин полковника за боевые отличия».
С мая 1906 года по апрель 1907 года служил в отделе 1-го обер-квартирмейстера Главного управления Генерального штаба. Занимался оперативной работой, демонстрируя на этом поприще несомненные способности военного разведчика.
Затем был назначен военным агентом (атташе) российского посольства в Пекине. В Китае находился до февраля 1911 года. За четыре года пребывания на военно-дипломатической службе был награжден орденами Великобритании, Франции, Германии и Японии. Был близко знаком с молодым офицером Чан Кайши, будущим генералиссимусом и президентом Китайской Республики, а затем Тайваня.
После Китая полковник Л. Г. Корнилов назначается командиром 8-го пехотного Эстляндского полка. Затем следует недолгое пребывание на должности начальника отряда в Заамурском пограничном округе, то есть в охране Китайской Восточной железной дороги (КВЖД).
В декабре 1912 года производится в генерал-майоры (в 42 года) и назначается командиром бригады 9-й Сибирской стрелковой дивизии, которая входила в состав гарнизона морской крепости Владивосток. Бригада размещалась на острове Русский.
Когда началась Первая мировая война, Лавр Георгиевич Корнилов прославил свое имя в первой военной кампании 1914 года на Русском фронте. Он прибыл на войну командиром 1-й бригады 49-й «Стальной» пехотной дивизии. Она состояла из «суворовских» полков: 189-го Измаильского, 190-го Очаковского, 191-го Ларго-Кагульского и 192-го Рымникского.
В августе того же года, после первых боев, его назначают командиром этой дивизии. И в том же месяце за боевые отличия в Карпатских горах производится в чин генерал-лейтенанта. Имя Корнилова стало широко известно не только на Русском фронте Великой войны.
В ходе Галицийской битвы и наступательной операции в Карпатах корниловская «Стальная» дивизия входила в состав 8-й армии генерала от кавалерии А. А. Брусилова. В своих известных мемуарах Брусилов отмечал следующее:
«Странное дело, генерал Корнилов свою дивизию никогда не жалел, во всех боях, в которых она участвовала под его начальством, она несла ужасающие потери, а между тем офицеры и солдаты его любили и ему верили… Правда, он и сам себя не жалел, лично был храбр и лез вперед очертя голову…»
В конце апреля 1915 года, после «продавливания» Русского фронта у Горлицы, 48-я стрелковая дивизия не успела отступить с Дуклинского перевала в Карпатах и попала в окружение сил 2-го германского и 3-го австрийского корпусов. Прорваться из вражеского кольца удалось только 191-му полку и одному батальону 190-го полка, которые вынесли к своим все знамена дивизии.
Раненный в руку и ногу генерал Корнилов попал в плен. В июле 1916 года он, переодетый в форму австрийского солдата, при помощи фельдшера чеха Ф. Мрняка бежал из плена в тогда нейтральную Румынию. На сентябрь 1916 года в германском и австрийском плену находилось 62 русских генерала. Попыток бежать делалось немало, но сумел это сделать только один Корнилов.
По возвращении из плена генерал-лейтенант Лавр Георгиевич Корнилов был награжден орденом Святого Георгия 3-й степени за бои в Карпатах и назначен командиром 23-го армейского корпуса Западного фронта. В высочайшем наградном указе говорилось:
«За то, что во время упорного сражения в Карпатах на р. Дукле 24-го апреля 1915 г., когда командуемая им дивизия была окружена со всех сторон превосходным в силах неприятелем, отважно пробивался по трупам заграждавшего дорогу неприятеля, чем дал возможность частям дивизии присоединиться к войскам своего корпуса».
Наступил революционный 1917 год. Отречение императора Николая II командир армейского корпуса Л. Г. Корнилов встретил «без излишних политических эмоций». Идейным монархистом он не был, и крушение династии Романовых как личную трагедию не воспринимал. Этот год станет его взлетом по служебной лестнице.