Назначенный по окончании турецкой войны командиром 2-й бригады 1-й уланской дивизии, а потом — командующим 3-й уланской дивизией, Остен-Сакен принимал участие в июльской кампании в Польше 1831 г., и командовал авангардами сначала 3-го резервного кавалерийского корпуса и затем 1-го пехотного корпуса графа Палена; за отличие в сражениях под Венгровым, Вавром, Гроховым был 31 марта 1831 г. произведён в генерал-лейтенанты. Назначенный затем начальником отдельного отряда, он получил предписание очистить от мятежников пространство между р. Бугом и Наревом и прусской границей, и участвовал во многих стычках с мятежниками. Между прочим 7 июня нанёс поражение корпусу Гельгуда на Понарских высотах близ Вильны; 16 июля овладел Ковной, а 25 и 26 августа, командуя сводной кавалерийской дивизией в корпусе барона Крейца находился в сражении под Варшавой. За отличие в делах кампании Остен-Сакен получил орден «Virtuti militari» 2-й степени.