В Русско-японской войне получил назначение в штаб 1-й стрелковой бригады, участвовал в боях под Сандепу и Мукденом. В Мукденском сражении он сумел вывести из-под удара японцев три стрелковых полка, которым грозило окружение. Полковник (1905).
После заключения Портсмутского мира около года служил в управлении Генштаба, а затем четыре года провёл в должности военного агента (атташе) в Китае, продолжая работу в интересах русской военной разведки.
Командир 8-го пехотного Эстляндского полка, начальник 2-го Заамурского округа отдельного корпуса пограничной стражи. Генерал-майор (1911). По личному ходатайству переведён в июле 1913 года на должность командира 1-й бригады 9-й Сибирской стрелковой дивизии.
После 1-й бригады 49-й пехотной дивизии командовал 48-й пехотной дивизией. Участвовал в Гродекском сражении и Карпатской операции. В ночном бою при Такошанах группа добровольцев под командованием генерала прорвала позиции неприятеля и, несмотря на свою малочисленность, захватила 1 200 пленных. Дивизия разбила неприятеля в боях под Гоголевым и Варжише и дошла до Карпат, овладев Крепной. В январе 1915 года 48-я дивизия заняла главный карпатский гребень на линии Альзопагон-Фельзадор.
Брусилов, не любивший Корнилова, позднее всё же отдаст ему должное в своих воспоминаниях: «Он всегда был впереди и этим привлекал к себе сердца солдат, которые его любили. Они не отдавали себе отчёта в его действиях, но видели его всегда в огне и ценили его храбрость… Странное дело, генерал Корнилов свою дивизию никогда не жалел: во всех боях, в которых она участвовала под его начальством, она несла ужасающие потери, а между тем офицеры и солдаты его любили и ему верили. Правда, он и себя не жалел, лично был храбр и лез вперёд очертя голову».
Генерал-лейтенант с февраля 1915 года за отличия в делах с утверждением в должности. После прорыва войсками генерала Макензена позиций 3-й армии Юго-Западного фронта на участке Горлице – Тарнов дивизия была окружена войсками противника в районе Дуклы. Отказавшись сдаться, со штабом ушёл в горы. После четырёхдневного скитания вместе со штабом сдался одной из австро-венгерских частей. Отчислен от должности за нахождением в плену.
Находясь в плену, дважды неудачно пытался бежать. Летом 1916 г. был переведён в лагерь-госпиталь в город Кесег. Помочь Корнилову бежать вызвался помощник аптекаря Франтишек Мрняк за 20 000 крон. По поддельным документам они сумели добраться до румынской границы. Мрняк был пойман, Лавру Георгиевичу удалось скрыться. В течение нескольких недель он плутал по лесу, пока не пересёк границу Румынии, где 22 августа 1916 года предстал перед российским военным агентом.