Od roku 1844 začal Tolstoj študovať právo a orientálne jazyky na univerzite v Kazani. Jeho učitelia ho však ohodnotili ako lenivého a Lev Nikolajevič štúdium zanechal. Počas štúdia viedol bohémsky život a prehrával značné sumy v kartách. Už počas štúdia v Kazani si začal viesť denník, v ktorom zaznamenával aj svoje morálne poklesky a najintímnejšie myšlienky, z ktorých mnohé sa dotýkali otázky zmyslu ľudskej existencie. V roku 1849 sa vrátil do Jasnej Poľany, kde sa chcel venovať správe hospodárstva a zlepšeniu životných podmienok svojich nevoľníkov. Veľmi skoro však odišiel so svojím bratom bojovať na Kaukaz (1851) a potom sa zúčastnil krymskej vojny (1853 – 1856). Spočiatku bol vyslaný do Valašska, kde ruská armáda bojovala s Tureckom. Od konca roku 1854 bol Tolstoj svedkom obrany Sevastopoľu na Krymskom polostrove. Zážitky z bojov na Kaukaze a z Krymu mu poslúžili ako námety k niektorým poviedkam ("Hadži Murat", "Sevastopoľské poviedky"). V roku 1856 definitívne odišiel do výslužby, pričom sa začal čoraz viac hlásiť k myšlienkam pacifizmu.