1873年の遅い時期、コーチシナ総督マリー・ジュール・デュプレ提督の命を受けたガルニエは、阮朝大南当局とフランス商人のジャン・デュピュイの間に起こっていた揉め事を解決するために、トンキンへ派遣された。事に乗じてトンキンを占領する機は熟していると確信したガルニエは、トンキンの首府だったハノイを1873年11月20日に占領した（トンキン事変）。続く数週間にわたって、ガルニエが指揮した少数のフランス軍は紅河デルタの城砦の大部分を支配下に収めた。自らの軍事力でフランス軍に対抗することを断念した大南は、清出身の傭兵隊である劉永福の黒旗軍の派遣を要請した。
フランス第二帝政下で海軍・植民地大臣であったプロスペル・ド・シャスルー＝ローバ侯爵が、メコン川流域への探険隊を派遣しようと決断したのは、ガルニエの提案があってのことであったが、この時点でガルニエはその指揮を執るには若すぎると思われ、探険隊の指揮権はエルネスト・ドゥダール・ド・ラグレ海軍中佐に委ねられた。探検隊は1866年6月にピエール＝ポール・ド・ラ・グランディエール海軍中将の支援を受けてサイゴンを出発し、メコン川を遡上した。ガルニエは、雲南における回民反乱（パンゼーの乱）が建てた「スルターン・スレイマン政権」の本拠地大理への分遣隊の指揮者に志願し、この任務を成功させた。探検の途中、ドゥダール・ド・ラグレが雲南の東川で病死すると、ガルニエは当然のように指揮を引き継ぎ、一行を無事に長江（当時ヨーロッパでは「揚子江」と称されていた）まで導き、上海へと到達させた。フランスへ帰国したガルニエは、熱烈な歓迎を受けた。1870年に、ガルニエがロンドンの王立地理学会から金メダル（パトロンズ・メダル）を授与された時の、サー・ロデリック・マーチソンの言葉を引用するなら「カンボジアのクラチエから、上海まで、5392マイルの行程のうち3625マイルはヨーロッパの地理学にとってほとんど未知の領域を通りながら、注意深い調査と、天文観察による測地を、ガルニエ自身がほとんど独力で行なった」という。探険記の執筆は普仏戦争の勃発によって中断を余儀なくされ、ガルニエはパリ攻囲戦で士官として従軍した。この時の経験は、匿名で『ル・タン』紙に連載され、翌1871年には『Le Siège de Paris, journal d'un officier de marine（パリ攻囲戦：ある海兵隊士官の日誌）』として出版された。その後、コーチシナに戻ったガルニエは、当地の政治的情勢が、更に探険を進めるには好ましくない状況にあることを察して清へと渡り、妻と共に上海に移り住んだ。1873年には長江上流部を遡行して滝線へと至った。
1839年7月25日、レジティミストの子としてロワール県サン＝テティエンヌに生まれる。モンペリエのリセで教育を受けた後、1856年に海軍士官学校に入学した。翌年の卒業後はフランス海軍に入り、ブラジル近辺や太平洋への航海を経験した後、1860年2月から1861年11月までアロー戦争へ遠征したレオナール・ヴィクトル・シャルネール提督の指揮下に入り、1860年10月の円明園略奪に加わった。その後いったんフランスに帰国したガルニエはコーチシナに渡り、1863年には前任者のアンリ・リュニエールに代わって、サイゴン（後のホーチミン市）近郊のチョロンにあった華人担当の監督官に任じられた。1864年と1865年には、フランスのコーチシナにおける政治・経済・社会について分析した2冊の小冊子を出版した。
天保9年（1838年）12月7日、紀伊新宮藩第9代藩主・水野忠央の長男として生まれる。嘉永5年（1852年）、諸大夫に任命され、父の忠央と共に紀州藩の藩政に参画する。桜田門外の変後の万延元年（1860年）6月14日に父の忠央が失脚し、強制隠居処分となったことを受けて翌15日に家督を継ぎ、従五位下大炊頭に叙任され、附家老として紀州藩主・徳川茂承を補佐した。策謀家・専制的であった父とは違って謹厳実直であり、活発で度量も広かったため、周囲から人望を集めたと言われている。慶応2年（1866年）、第二次長州征伐では幕府軍の先鋒を務め、各地で幕府軍が敗れる中で、忠幹が率いる軍勢だけは安芸国佐伯郡大野村（現在の広島県廿日市市）まで進撃するという大戦果を挙げた。幕府軍が撤退する中では殿軍を務め、長州藩の軍勢もその忠幹の武勇を恐れて追撃できず、「鬼水野」と呼ばれて畏怖されたという。慶応4年（1868年）1月の鳥羽・伏見の戦い後、旧幕府軍の敗残兵を藩内に受け入れていた紀州藩は新政府の嫌疑を受けたため、附家老の忠幹が弁明のために上洛し、1月14日に「3ヶ条の弁明」を提出している。同年1月24日、新政府の「維新立藩」により、忠幹は3万5,000石の大名として認められ、新宮藩を立藩している。明治2年（1869年）に版籍奉還が行われると、新宮藩知事に任命されたが、明治4年（1871年）7月14日の廃藩置県により免官。新宮藩が正式に藩（大名の領地）として存在したのは明治維新後の数年間に過ぎなかった。同年9月、東京府に移住。明治17年（1884年）7月7日、華族令により男爵を叙爵し、錦鶏間祗候に任ぜられた。明治35年（1902年）4月30日、神奈川県鎌倉郡鎌倉町（現在の鎌倉市）の自邸で死去した。63歳没。法号は真徳院殿忠幹日現大居士。墓所は神奈川県鎌倉市の高松寺、和歌山県新宮市の橋本山にある水野家墓所。長男の忠宜は同年1月の八甲田雪中行軍遭難事件で遭難死しており、また息子の多くは他家に養子に出されていたため、当時4歳の八男・重吉（じゅうきち）が家督を継いだ。