В 1902 году вновь определился в службу с назначением командиром 1-й бригады 33-й пехотной дивизии. В 1903 г. был назначен начальником 3-й Восточно-Сибирской стрелковой бригады, а в 1904 г. — командующим 3-й Восточно-Сибирской стрелковой дивизией, с которой и принял участие в русско-японской войне. На долю Кашталинского выпало непосредственное руководство войсками Восточного отряда в бою под Тюренченом, во время которого он был контужен. Затем его дивизия с честью выдержала бои у Ляояна, на реке Шахе, а также под Мукденом, в которых Кашталинский проявил высокое личное мужество и распорядительность. Наградой ему был орден св. Георгия 4-й степени (высочайший приказ от 1 ноября 1905 г.)