Był uczniem uzdolnionym w naukach ścisłych. Idąc śladem ojca zdecydował się na karierę wojskową w armii sardyńskiej króla Karola Feliksa. Zajmował się techniką wojskową i uzbrojeniem. Opracował m.in. nowy typ karabinu, a w dolinach otaczających miasto Biella prowadził studia nad obronnością górskich granic Piemontu. W tym czasie odbył również podróże do Francji, Anglii, Bawarii, Saksonii, Szwajcarii i do Tyrolu, studiując organizację, uzbrojenie i wyposażenie tamtejszych armii. W 1831 r. wysunął pierwszy pomysł stworzenia lekkich, mobilnych oddziałów wojska, mogących działać w trudnych i nietypowych warunkach wojennych. Rozwijając ten projekt, w 1835 r. kapitan La Marmora przedstawił królowi Karolowi Albertowi projekt sformowania pierwszej kompanii bersalierów. Podczas rekonwalescencji, w czasie której leczył ranę odniesioną w 1848 r. w bitwie pod Goito, La Marmora opracował regulamin i instrukcje dla korpusu bersalierów.