В 1848 г. Долгоруков был назначен на пост товарища военного министра и в следующем году произведён в генерал-лейтенанты с назначением членом военного совета. В 1851 и 1852 гг., за отъездом военного министра князя А. И. Чернышёва за границу, управлял по нескольку месяцев министерством, а 26 августа 1852 занял окончательно этот ответственный пост. Возникшая вскоре Восточная война потребовала от Долгорукова необычайного напряжения и явилась для него тяжелым испытанием. Обвинённый в провале российской военной машины, он тем не менее был награждён императором орденами святого Андрея Первозванного и святого Владимира 1 степени.