Zu Beginn des Russisch-Osmanischen Krieges (1877–1878) wurde Wonljarljarski als Ordonnanzoffizier zum Oberkommandierenden der Donau-Armee Großfürst Nikolai Nikolajewitsch abkommandiert. Er zeichnete sich bei der Schlacht von Nikopol (1877) aus und erhielt das Goldene Schwert für Tapferkeit. Als Ordonnanzoffizier bei Baron Nikolai Karl Gregor von Krüdener nahm er an den Schlachten von Plewen teil. Dann wurde er zu Fürst Alexander Konstantinowitsch Imeretinski am Schipkapass kommandiert. 1878 kam er zum Generaladjutanten Josef Wladimirowitsch Gurko, der ihn zur Berichterstattung zum Oberkommandierenden zurückschickte. Er gehörte dann zur russisch-osmanischen Kommission in Konstantinopel zur Regelung der Rückkehr und Ansiedlung der geflüchteten Bevölkerung. Nach dem Kriege erhielt er den Sankt-Stanislaus-Orden II. Klasse mit Schwertern, den Orden der Heiligen Anna III. Klasse mit Schwertern und Schleife und den Orden des Heiligen Wladimir IV. Klasse mit Schwertern und Schleife. 1878 wurde Wonljarljarski zum Adjutanten beim Großfürsten Nikolai Nikolajewitsch ernannt und 1879 zum Rittmeister befördert.