Lebœuf erhielt seine Ausbildung auf der École polytechnique, trat 1832 in die Artillerie ein, diente mit großer Auszeichnung von 1837 bis 1841 in Algerien und wurde 1848 zweiter Kommandant der École polytechnique. Ab 1854 nahm er als Oberst und Artilleriestabschef am Krimkrieg teil, wo er sich in der Schlacht an der Alma und beim Artillerieangriff auf Sewastopol hervortat, den er, seit November 1854 Brigadegeneral, zum Teil leitete.