Когда началась русско-японская война, Маннергейм добровольцем пошел на фронт, где его произвели в подполковники и определили в 52-й Нежинский драгунский полк. Во время боев он прославился как специалист по конной разведке. Так, в начале 1905 года в окрестностях Мукдена он провел со своими драгунами сложную рекогносцировку, за что получил чин полковника. А в конце войны он занимался сбором сведений о японцах на территории Маньчжурии.
После окончания войны Маннергейма, как специалиста по разведке, по указанию Генштаба направляют в военно-научную экспедицию по странам Центральной Азии. Целью экспедиции было картографирование малоизвестных тогда в Генштабе территорий и выяснение военно-политического положения на китайской территории, граничащей с Россией. Согласно «легенде», он должен был заниматься научными исследованиями в составе экспедиции французского профессора П. Пэллио.
11 августа 1906 года Маннергейм в сопровождении 40 казаков пересек российско-китайскую границу в районе Оши и, отделившись от французской экспедиции, проехал Внутреннюю Монголию, китайские провинции Синьцзян и Шаньси, достиг Пекина, а оттуда перебрался в Японию. В ходе экспедиции Маннергейм занимался не только картографированием, но и проводил этнографические и антропологические исследования. Так, он первым из европейцев беседовал с таинственным тогда далай-ламой и даже получил от него разрешение сделать фотографии сцен богослужения буддийских монахов.
Вернувшегося в 1908 году из экспедиции Маннергейма производят в генерал-майоры свиты Его Величества, а затем назначают командиром гвардейского Его Величества Уланского полка. В дальнейшем он командовал дивизией и корпусом, принимал участие в Первой мировой войне. Но после февральской революции, когда революционная анархия захлестнула армию, Маннергейм принимает решение уйти с русской службы и подает прошение об отставке. 9 сентября 1917 года генерал-лейтенант Маннергейм был официально отстранен от командования корпусом и зачислен в резерв, после чего немедленно уехал в Финляндию.
Снова одеть генеральский мундир Маннергейму пришлось в феврале 1918 года, когда его избирают главнокомандующим финской армии и поручают разогнать отряды финской Красной гвардии. Маннергейм успешно справился с этой задачей, а затем вновь ушел в отставку.
Впрочем, она была недолгой. Дело в том, что в мае 1918 года финляндское правительство пригласило править страной немецкого принца Фридриха Карла Гессенского. Но его коронация так и не состоялась — Германия к тому времени потерпела поражение в Первой мировой войне, а кайзер отрекся от престола.
