Obwohl als Angehöriger einer mediatisierten Familie nicht wehrpflichtig, hatte der auf Renommee bedachte Otto sich schon während seiner Studienzeit im Februar 1857 als Offizier à la suite der preußischen Armee anstellen lassen. Im Januar 1859 begann er seinen tatsächlichen Militärdienst als Seconde-Lieutenant im Regiment Gardes du Corps. Seine reguläre Offiziersprüfung legte Otto erst im März 1860 ab. Im Mai 1861 schied er aus dem aktiven Dienst aus, wurde aber auch anschließend (wie zumindest bei Hochadligen üblich) weiter befördert. Während der Militärzeit knüpfte er enge Kontakte zum späteren Kaiser Wilhelm I. und dessen Sohn Friedrich Wilhelm sowie zu anderen Angehörigen des Hochadels, aber auch zu den Spitzen der preußischen Verwaltung und zu den in Berlin anwesenden fremden Diplomaten. Auch die Teilnahme an der Krönung Wilhelms I. in Königsberg im Oktober 1861 und der Besuch der Weltausstellung in London im August 1862 erweiterten den Gesichtskreis wie die persönlichen Kontakte Ottos, bis hin zum damaligen Prince of Wales, dem späteren König Eduard VII.