Участва в Руско-турската война (1877-1878). Повишен е във военно звание генерал-майор с назначение назначен за командир на 1-ва кавалерийска бригада от 8-а кавалерийска дивизия. Проявява се в десанта при Свищов, за което е награден със златно оръжие „За храброст“. Бригадата е включена в състава на Русчушкия отряд с командир престолонаследника Александър Александрович. Командир на авангарда на отряда. Издържа с чест 12-часовия бой при Кашъкбаир и Карахасанкьой. Редом до него се бие храбро и неговият по-възрастен брат генерал-майор Николай Леонов, който е командир на2-ра гвардейска кавалерийска бригада от 2-ра гвардейска кавалерийска дивизия. Награден е с Орден „Свети Станислав“ I ст. и златно оръжие „За храброст“.