К началу Отечественной войны 1812 года генерал-майор Левенштерн был начальником артиллерии 2-й Западной армии, отличился в Бородинском сражении в бою под Красным. Во время Заграничных походов 1813 и 1814 годов командовал резервной артиллерией и артиллерией Гвардейского и Гренадерского корпусов, отличился в Битве народов под Лейпцигом и в сражении при Труа.