В июле 1902 года капитан Деникин назначается старшим адъютантом штаба 2-й пехотной дивизии, дислоцировавшейся в Брест-Литовске, а в октябре откомандировывается в Варшаву для прохождения обязательного годичного ценза в командовании ротой 182-го пехотного Пултусского полка. Антона Ивановича восхищали легкая приспосабливаемость русского солдата к самым сложным условиям походной жизни, его смекалка, терпимость к иноплеменным и иноверным, готовность к самопожертвованию ради спасения товарища и офицера. Эти качества вызывали у ротного командира уважение. Вместе с тем капитан Деникин остро переживал неготовность большинства солдат к овладению профессиональными военными знаниями, что было связано с общей безграмотностью крестьян-призывников. Ощущал он также недостатки в системе боевой подготовки русской армии, отставание теории и практики военного дела от технического прогресса, пассивность военного руководства в деле реорганизации армии и ее подготовки на уровне современных требований. Через печатные издания, заостряя внимание на имевшихся проблемах, он пытался повлиять на создавшееся положение в войсках.
По окончании годичного ценза командования ротой в октябре 1903 года капитан Деникин получает назначение старшим адъютантом штаба 2-го кавалерийского корпуса, квартировавшегося в Варшаве. Мирная жизнь вскоре была прервана. 27 января (9 февраля
)1904 года неравным боем крейсера «Варяг» и канонерской лодки «Кореец» с эскадрой адмирала Уриу началась Русско-японская война. Ее начало застало Антона Ивановича прикованным к постели. На последних маневрах под ним упала лошадь, были порваны связки на ноге. Не дожидаясь выздоровления, А. И. Деникин подал рапорт в штаб округа о переводе в действующую армию. Любопытно, что на запрос из штаба о знании им английского языка Антон Иванович ответил:«Английского языка не знаю, но драться буду не хуже знающих». И свое слово сдержал.
Боевая деятельность быстро выдвинула капитана Деникина в ряды наиболее ярких личностей. Попав сначала на должность начальника штаба одной из бригад Заамурского округа пограничной стражи, Антон Иванович вскоре стал начальником штаба Забайкальской казачьей дивизии, командовал которой генерал П. К. Ренненкампф. Закончил он войну начальником штаба Урало-Забайкальской дивизии. По природе своей Антон Иванович не слишком любил штабную работу. Его привлекала более активная роль командира боевого участка. Ее он неоднократно совмещал с должностью начальника штаба. В историю Русско-японской войны вошли названия нескольких сопок, где особенно ярко проявился русский героизм. «Деникинская сопка» близ позиций Цинхеченского сражения названа в честь схватки, в которой Деникин, заменивший командира одного из казачьих полков, штыками отбил наступление неприятеля. За отличие в боях он был отмечен двумя боевыми орденами, произведен в подполковники, затем в полковники. В те времена производство в полковники на тринадцатом году офицерской службы свидетельствовало об успешной военной карьере.
После Русско-японской войны полковник Деникин возвратился в штаб 2-го кавалерийского корпуса на должность штаб-офицера для особых поручений. В декабре 1906 года он назначается на должность начальника штаба 57-й пехотной резервной бригады, дислоцировавшейся в Саратове. В трудах и заботах об обучении и воспитании подчиненных пролетели четыре года службы в Казанском военном округе, наиболее отсталом из всех военных округов того времени. Однако и здесь, хотя и медленно, но осуществлялась перестройка всего уклада жизни войск и их боевой подготовки. Характеризуя период своей службы в Саратове, А. И. Деникин писал: «В то время жизнь округа была на переломе: уходило старое – покойное и патриархальное, и врывалось уже новое, ищущее новых форм и содержания».
В июне 1910 года Деникин назначается командиром 17 пехотного полка, стоявшего в Житомире. Командуя полком, он зарекомендовал себя вдумчивым и заботливым воспитателем подчиненных. Об этом свидетельствует то, что за четыре года пребывания в должности он не наложил на офицеров ни одного дисциплинарного взыскания, ограничиваясь только внушением. Подобное отношение к подчиненным Антон Иванович сохранил до конца своей военной карьеры.