З 1842 року Фадєєв служив волонтером на Кавказі. Приїхавши в Санкт-Петербург, був висланий "«за непозволительную болтовню»" в Катеринослав, де провів близько двох років у вимушеній бездіяльності. Наприкінці 1850 року знову вступив на службу в Кавказьку армію і відтоді майже без перерви брав участь у військових діях, що завершилися підкоренням Кавказу. Під час війни з турками в 1853—1855 рр. відзначився у боях при Башкадикларі і Курукдарі, описаних ним потім у газетах «Северная пчела» і «Journal de St.-Pétersbourg». З 1859 року перебував при головнокомандувачі на Кавказі князі О. І. Барятинському і за його дорученням написав ґрунтовну офіційну історію Кавказької війни, що побачила світ у 1860 році під назвою «Шістдесят років кавказької війни». Зведений 22 серпня 1864 в генерал-майори, Фадєєв виступив на ниві військової публіцистики в «Листах з Кавказу», що друкувалися в «Московських вєдомостях». Ставлячись негативно до реформ, започаткованих військовим міністром Д. О. Мілютіним, він 1866 року вийшов у відставку.