陸軍幼年学校、陸軍士官学校（13期）をともに優等で卒業し、歩兵少尉に任官した。歩兵第31連隊の見習士官であった際、福島泰蔵の指揮する雪中行軍隊に参加している。中尉時代に第八師団副官として日露戦争に出征。士官学校教官を務めたのち、1910年（明治43年）陸軍大学校（22期）を卒業。参謀本部鉄道船舶課に配属された。1914年（大正3年）第一次世界大戦が勃発すると、第18師団附の偵察将校として青島攻略戦に参加、飛行機による偵察活動に従事する。この戦いは日本軍が初めて戦闘に飛行機を用いたケースとなった。歩兵第18連隊大隊長を経て、1918年（大正7年）、元歩兵第23旅団長・武藤信義少将に従ってハルピンに渡り、所謂「武藤機関」（後のハルピン特務機関）の一員としてシベリア出兵のための諜報活動に従事する。後にその功績によって功三級を授与された。帰国後参謀本部部員となり、1920年（大正9年）8月に作戦課航空班長に補される。作戦課はそれまで作戦班と兵站班のみであったが、航空班が新設され、福井は初代班長として、翌1921年（大正10年）12月まで務めている。同僚の作戦班長、兵站班長は畑俊六、小磯国昭であった。在任中の1920年12月、陸海軍航空協定委員会が設立されると委員に選ばれ、陸海軍航空隊の整備や戦時の役割分担等に関する取り決めの決定に当たった他、同委員会の特別委員として空軍独立に関しての研究調査に従事した。1921年12月に参謀本部附となり、ヴェルサイユ条約平和実施委員として欧州に出張する。連合国軍事監督委員も兼務するが、病気のために1924年（大正13年）9月に帰国した。同年12月から1926年（大正15年）3月まで参謀本部鉄道船舶課長を務めて予備役となる。