В 1844—1845 годах Гротенгельм принимал участие в боевых действиях на Кавказе, где состоял по кавалерии. В Даргинском походе он был начальником кавалерии Чеченского и Дагестанского отрядов, а в сражении с горцами у горы Анчимеер командовал кавалерийским авангардом. Об этом эпизоде своей службы Гротенгельм в 1864 году опубликовал небольшой мемуар «Заметка на статью „Воспоминание об экспедиции в Дарго“» («Военный сборник», 1864, № 10).