11 апреля 1854 года был произведён в полковники и в июне—июле был командирован с особым поручением Николая I к королям Баварскому, Вюртембергскому и Саксонскому; затем ему был поручен осмотр резервных войск, парков и транспортов, назначенных для отправления в Дунайскую армию. В начале Восточной войны Н. В. Исаков был назначен начальником штаба Кронштадтского гарнизона, но вскоре перешёл в действующую армию и вступил в должность начальника штаба 6-го армейского корпуса, участвовал в сражениях при Альме (за отличие в этом сражении был награждён орденом св. Владимира 3-й степени с мечами), Инкермане, на Чёрной речке, и в защите Севастополя. В день коронации императора Александра II (8 сентября 1856 г.) Исаков был произведён в генерал-майоры с зачислением в Свиту Его Императорского Величества.