Вслед за тем Гротенгельм возглавил 3-ю лёгкую кавалерийскую дивизию и с открытием военных действий против турок участвовал в осаде Силистрии; 10 ноября 1854 года ему была пожалована золотая сабля, бриллиантами украшенная, с надписью «За храбрость». По прекращении военных действий на Дунае он был назначен командующим войсками в Одессе и между Днепром и Березанским лиманом.