Когда началась в 1853 году Восточная война, Гагарин был назначен начальником Гурийского отряда и имел несколько удачных стычек с турками, а затем получил в командование 13-ю пехотную дивизию. 4 июня 1854 года произведён в генерал-лейтенанты. Под Карсом при неудачном штурме 17 сентября 1855 года он был тяжело ранен в левое плечо и в бессознательном состоянии вынесен с поля боя.