Efter at være kommet tilbage til Preussen i 1839 kom Moltke igen til generalstaben, hvor han i 1842 blev major, 1851 oberst og 1856 generalmajor. Fra oktober 1857 stod han i spidsen for generalstaben, og i 1859 udnævntes han til generalløjtnant. I denne tjeneste stod han for planlægningen af felttoget mod Danmark (2. Slesvigske Krig i 1864) og deltog selv som generalstabschef.