Во время Русско-турецкой войны 1787—1791 годов вернулся на военную службу, командовал правым крылом во время успешного штурма Очакова, затем 7 сентября 1789 года одержал победу над турками на реке Сальча в Молдавии, овладел лагерем сераскира Гасан-паши, запер его в Измаиле и начал готовиться к штурму этой крепости, но после ряда боевых столкновений отступил, сославшись в донесении главнокомандующему Г. А. Потёмкину на его собственное «повеление… сберегать людей». После отъезда Потёмкина в Петербург в феврале 1791 года главное командование над соединённой армией перешло к Репнину, который убедил начальника, что Суворов на этом посту «поведёт армию в Царьград или сгубит». Несмотря на распоряжения Потёмкина, он, узнав о том, что войска турецкого визиря сконцентрировались около Мачина, приказал начать внезапное наступление и в итоге одержал в шестичасовом сражении крупную победу над противником с небольшими потерями: 141 человек убитыми и 300 ранеными, хотя численность войск неприятеля составляла более 80 тысяч; на левом фланге русской армии в этом сражении отличился Кутузов. За Мачинское сражение Репнин был награждён (15 июля 1791) орденом Святого Георгия 1-й степени № 9.