Когда началась первая турецкая война, снова вступил на службу с производством в чин премьер-майора и был назначен командиром гренадерского батальона. В короткое время успел зарекомендовать себя отличным командиром. Отличился в битве при Ларге: наступая в авангарде армии, его батальон заставил отступить двухтысячный отряд турок. В сражении при Кагуле батальон Воронцова атаковал турецкие полевые укрепления и штурмом взял редут, где захватил 40 пушек; также гренадеры отбили два знамени Московского полка, захваченные турками незадолго до этого. В августе 1770 года стал командиром 1-го гренадерского полка. За первое сражения награждён орденом Святого Георгия 4-й степени, за второе — орденом Святого Георгия 3-й степени и произведён в полковники. Произведен в чин бригадира (03.08.1774), а при праздновании мира с турками в 1775 году — в чин генерал-майора. Но в конце войне из-за целой серии конфликтов с своим новым начальником П. С. Потёмкиным испросил увольнение от службы. Уволен в 1776 году.