В сражениях Семилетней войны (1756—1763) Тотлебен, не имевший до того времени боевого опыта (в написанном собственноручно послужном списке, он сообщал о своём участии в чине капитана кавалерии в боевых действиях начального этапа Войны за австрийское наследство; эти данные, однако, по всей вероятности, присочинены им для придания послужному списку большей солидности) приобрёл репутацию храброго и способного командира летучих кавалерийских отрядов, «лихого саксонца на русской службе». Дважды он был ранен, в том числе сабельным ударом по голове, контужен «бомбою в том же месте головы». а награждён орденом Святой Анны за Кунерсдорф (на своём портрете граф изображён с нагрудным знаком ордена Святой Анны) и а — орденом Святого Александра Невского за успешный бой с арьергардом прусского принца Генриха. Командуя казаками, неоднократно отличался в стычках (в тогдашней терминологии «шармицелях») и набегах т. н. «малой войны». После одной из таких стычек, когда Тотлебен чуть не утонул при переправе, получил предупреждение командующего фельдмаршала Бутурлина «впредь в подобныя отваги не вдаваться, но паче оных остерегаться».