Поступив затем снова на службу, он в чине ротмистра лейб-гвардии Гродненского гусарского полка был взят Новороссийским генерал-губернатором графом М. С. Воронцовым в адъютанты и в 1845 году, при назначении последнего Кавказским наместником, переехал с ним из Одессы в Тифлис. Участвуя в экспедициях против горцев, в том числе и крайне неудачной Даргинской в 1845 году, Гагарин показал личную храбрость и распорядительность, а при выполнении возлагаемых на него поручений по гражданской части действовал настолько умело, что в конце 40-х годов был назначен дербентским градоначальником, а затем кутаисским военным губернатором. 14 сентября 1847 года произведён в генерал-майоры.