Молодой Корнилов был застенчивым подростком, и лишь в старших классах случился перелом, после которого Лавр Георгиевич стал все активнее вливаться в кадетское сообщество, параллельно показывая блестящие результаты в учебе, особенно в изучении математики. Более того, он начал изучать восточные языки. После отличного окончания кадетского корпуса в 1889 г. Л. Г. Корнилов поступил в Михайловское артиллерийское училище. Как указывалось в аттестации молодого юнкера: «Тих, скромен, добр, трудолюбив, послушен, исполнителен, приветлив, но вследствие недостаточной воспитанности кажется грубоватым… Будучи очень самолюбивым, любознательным, серьезно относится к наукам и военному делу, он обещает быть хорошим офицером».
В 1892 г. он окончил дополнительный курс, что давало приоритет при дальнейшем распределении. Однако Лавр Георгиевич вместо, например, престижного столичного округа выбрал в качестве места службы родной Туркестанский край – 5-ю батарею Туркестанской артиллерийской бригады. Через три года он поступил в элитную Николаевскую академию Генерального штаба, которую окончил с малой серебряной медалью и досрочным произведением в капитаны. Как писал донской атаман А. П. Богаевский: «С ген. Корниловым я был вместе в Академии Генерального штаба. Скромный и застенчивый армейский артиллерийский офицер, худощавый, небольшого роста, с монгольским лицом, он был мало заметен в Академии и только во время экзаменов сразу выделился блестящими успехами по всем наукам».
Однако надев аксельбанты генерального штаба, он снова принял решение отправиться в Туркестан, где вплоть до начала русско-японской войны служил в штабе округа. Он участвовал в разведывательных экспедициях в Восточном Туркестане, Афганистане, Иране и Индии, собирал важнейшие картографические материалы, сведения о местных народах, а также занимался созданием агентурных сетей. Как разведчик он показал прекрасные аналитические способности, а результаты его исследований имели не только военную, но и научную ценность. Приходилось проявлять и храбрость. Так, в 1898 г. он самолично пересек границу и под видом добровольца, который собирался идти на службу эмиру Абдурахману, пробрался к секретной крепости Дейдади, сделав ряд снимков и обследовав прилегающую местность. Правда, подобная инициатива вызвала нарекания со стороны начальства в Петербурге: там считали необоснованным рисковать жизнью талантливого офицера.