Aus dem Kadettenkorps kommend wurde Lettow-Vorbeck am 29. April 1854 als Sekondeleutnant dem Kaiser Alexander Grenadier-Regiment der Preußischen Armee überwiesen. Er stieg im Januar 1861 zum Premierleutnant auf und war ab Mitte August desselben Jahres als Adjutant der 2. Garde-Division kommandiert. Mit der Beförderung zum Hauptmann folgte am 7. November 1865 seine Versetzung als Kompaniechef in das 1. Ostpreußischen Grenadier-Regiment Nr. 1 „Kronprinz“. Lettow-Vorbeck führte seine Kompanie 1866 während des Krieges gegen Österreich in der Schlacht bei Trautenau, wurde dabei schwer verwundet und mit dem Roten Adlerorden IV. Klasse mit Schwertern ausgezeichnet.