Служил в 81-м Апшеронском пехотном полку. В 1735 г. с началом Русско-австро-турецкой войны полк Вельяминова был направлен на театр военных действий в Крым. За бытность в Крымских походах Лука Варфоломеевич был «произведён прапорщиком», а в 1741 г. «от воинской службы отставлен статским делам подпоручиком».