Menabrea palveli alkujaan insinööriupseerina Sardinian kuningaskunnan armeijassa. Myöhemmin hän oli mekaniikan ja rakennusopin professorina Sardinian sotilasakatemiassa, tykistökoulussa sekä Torinon yliopistossa. Hänet valittiin vuonna 1848 Sardinian parlamenttiin ja lähetettiin diplomaattiselle komennukselle Parmaan ja Modenaan, tarkoituksenaan suostutella nämä alueet yhdistymään Sardinian kuningaskuntaan. Vuoden 1859 sodan puhjettua Menabrea ylennettiin kenraalimajuriksi ja nimitettiin Sardinian armeijan insinöörikunnan komentajaksi. Hän johti sodassa Peschieran piiritystä ja osallistui Solferinon taisteluun. Vuonna 1860 kuningas Viktor Emanuel II nimitti hänet senaattoriksi ja myönsi hänelle kreivin arvon. Sen jälkeen hän sai johtaa eräiden kaupunkien linnoitustöitä, sotilasoperaatioita Anconan ja Capuan luona sekä Gaetan piiritystä, joka johti 1861 kyseisen linnoituksen kukistumiseen.