Sotiin kaukasialaisia vuoristoheimoja vastaan Grotenfelt osallistui 1831–1839. Hänet ylennettiin kapteeniksi 1835 ja siirrettiin samana vuonna majoitusmestariksi 11. jalkaväkidivisioonaan. Vuonna 1839 hänet ylennettiin everstiluutnantiksi, majoitusmestari 10. jalkaväkidivisioonaan hänestä tuli vuonna 1841. Vuonna 1844 hänestä tuli 2. jalkaväkidivisioonan ylimajoitusmestari. Everstiksi Grotenfelt ylennettiin 1846 ja 3. armeijakunnan ylimajoitusmestariksi hänet nimitettiin seuraavana vuonna. Grotenfelt osallistui vuonna 1849 Unkarin vallankumouksen kukistamiseen ja 1853–1856 Krimin sotaan, jossa hän haavoittui. Kenraalimajuriksi hän kohosi sodan aikana 1855 ja sen lopulla 1856 hänet nimitettiin 11. jalkaväkidivisioonan 1. prikaatin komentajaksi. Grotenfelt ylennettiin kenraaliluutnantiksi huhtikuussa 1866, jolloin hän myös erosi sotapalveluksesta.