Als jüngerer Sohn eines Rittergutsbesitzers wählte er, wie damals für die jüngeren Söhne des landsässigen preußischen Adels üblich, den Soldatenberuf. Er trat am 25. März 1788 in das Infanterie-Regiment Nr. 1 als Fähnrich in die Preußische Armee ein und wurde am 26. Mai 1790 zum Leutnant befördert. Sein Regiment wurde nach der 2. Polnischen Teilung in die von Preußen 1793 annektierten Gebiete verlegt und kämpfte dort gegen die polnischen Aufständischen, die sich gegen die von Russland und Preußen vorgenommenen Annexionen erhoben hatten und zur Wehr setzten. Dabei zeichnete er sich im Gefecht bei Pieczyska so aus, dass ihm am 7. Dezember 1794 von König Friedrich Wilhelm II. für seine Tapferkeit der Orden Pour le Mérite verliehen wurde. Im Ordensvorschlag seines Kommandeurs Generalmajor von Kuenheim an den König heißt es: ", ...Lieutenant von Kleist stand mit 1 Unteroffizier und 24 Mann in Piecziska zur Deckung des Salzmagazins. Er wurde in der Nacht zum 14. September von 300 Mann Kavallerie und 50 Infanteristen angegriffen, vertheidigte sich mit Verlust von 1 Unteroffizier und zwei Mann...bis der Speicher angezündet wurde... Darauf zog er sich, mit dem Bajonett die feindliche Reiterei durchbrechend, in ein Karree ... zurück, ... verlor einen Schützen. ... Mit" "dem Rest des Kommandos erreichte er Tags darauf Lowitsch...'." Mit Allerhöchster Kabinettsorder von 7. Dezember 1794 antwortete der König: ... "Mein lieber usw...Es ist Mir recht lieb, daß Ihr Mir das ausgezeichnete Verhalten des Lieutenats von Kleist... in Erinnerung gebracht habt... der den Orden p.l.m. , welchen Ich hiermit versende, wohl verdient hat...". Nach der Niederschlagung des polnischen Aufstandes diente Franz Otto von Kleist weiter in der Armee, wurde am 16. Januar 1801 zum Premierleutnant befördert und am 2. Juli 1804 zum Stabskapitän ernannt. Am 30. November wurde er im Range eines Majors verabschiedet.