Участвовал в Русско-турецкой войне 1768–1774 годов в составе 1-й действующей армии (с 1770 года). Ему довелось служить под началом таких великих полководцев, как П.А. Румянцев-Задунайский и А.В. Суворов-Рымникский. Кутузов проявил себя храбрым, энергичным и инициативным офицером. Участвовал в больших полевых сражениях при Рябой Могиле, Ларге и Кагуле. За отличие в бою при Попештах в 1771 году получил чин подполковника.

В 1772 году Кутузов был переведен во 2-ю Крымскую армию. В июле 1774 года он командовал гренадерским батальоном в бою против турецкого десанта близ деревни Шумы (ныне Кутузовка) и получил тяжелое ранение в висок и правый глаз. Он выжил, хотя врачи считали рану смертельной. По личному указанию императрицы Екатерины II ему был дан отпуск для лечения за границей. За бой у деревни Шумы он был награжден орденом Святого Георгия 4-й степени.

После лечения за границей Кутузов шесть лет служил под командованием Суворова, занимаясь организацией обороны крымского побережья. В 1777 году был назначен командиром Луганского пикинерного, затем Мариупольского легкоконного полков. В 1784 году получил чин генерал-майора. В следующем году Кутузова назначили командиром Бугского егерского корпуса, который он сам и сформировал. Михаил Илларионович разработал основы тактики легкой егерской пехоты, изложив их в особой инструкции.

Славу военачальника М.И. Голенищев-Кутузов снискал во время второй Русско-турецкой войны 1787–1791 годов. Сперва он со своими егерями Бугского корпуса охранял государственную границу на реке Буг. Летом 1778 года принял участие в боях под турецкой крепостью Очаков, где получил второе тяжелое ранение пулей в голову. После выздоровления воевал под Аккерманом, Каушанами, Бендерами.

В декабре 1790 года во время осады мощной турецкой крепости в Северном Причерноморье – Измаила командовал 6-й колонной штурмующих русских войск. Кутузовские солдаты дважды врывались на крепостной вал, и дважды турки сбрасывали их в крепостной ров. Только после третьей атаки вражеское сопротивление было сломлено. В победной реляции А.В. Суворов дал самую высокую оценку действиям генерала Кутузова и назначил его комендантом этой крепости, произведя в генерал-поручики.

В 1791 году М.И. Кутузов отразил попытку турок вернуть себе Измаил. Как комендант крепости, он командовал русскими войсками в боевых действиях между Прутом и Днестром. В июне 1791 года внезапным ударом разгромил 23-тысячное османское войско при Бабадаге. Затем, в июле того же года, во главе сводного отряда переправился через Дунай и овладел неприятельской крепостью Мачин, уничтожив ее укрепления. Тогда ему противостоял великий визирь Юсуф-паша, который имел под своим командованием примерно 80—100 тысяч войск. Кутузов выиграл сражение благодаря умело направленной атаке русской кавалерии, которая, прорвавшись через неприятельский фланг, зашла туркам в тыл. После этого войска великого визиря обратились в бегство, оставив победителям 35 орудий и походный лагерь огромной султанской армии.

М.И. Кутузов был награжден орденом Святого Георгия 2-й степени за взятие Мачина. Главнокомандующий русскими войсками князь Репнин доносил в Санкт-Петербург: «Расторопность и сообразительность генерала Кутузова превосходят всякую мою похвалу…»

После Ясского мира генерал-поручик Голенищев-Кутузов был отправлен в 1792 году чрезвычайным послом России в столицу Оттоманской империи Стамбул (Константинополь), где проявил себя выдающимся дипломатом, блистательно выполнив поручения императрицы Екатерины II Великой.

В 1794 году его назначили директором Сухопутного шляхетского корпуса, на этом посту Кутузов воспитал много способных офицеров, которые впоследствии отличились в Отечественной войне 1812 года и других войнах Российской империи первой половины XIX столетия.

С 1795 года Михаил Илларионович был командующим и инспектором войск, расквартированных в Финляндии. В 1798 году Голенищев-Кутузов получил звание генерала от инфантерии. Успешно выполнил дипломатическую миссию в Пруссии, сделав ее союзницей России против Франции. Был литовским и санкт-петербургским генерал-губернатором. В 1802 году Кутузов вызвал неудовольствие императора Александра I неудовлетворительным состоянием столичной полиции и, попав в опалу, попросился в отставку от службы. Три года он проживал в своем поместье, находясь не у дел.

Когда началась война с завоевателем Европы Наполеоном Бонапартом, российский государь Александр I послал в 1805 году на помощь союзной Австрии две русские армии. Командовать одной из них он поручил генералу от инфантерии Кутузову. Пока его 50-тысячная армия находилась на марше, союзная австрийская армия потерпела полный разгром в сражении под Ульмом. Кутузов оказался один против превосходящих сил противника.

Тогда русский полководец совершил свой знаменитый отступательный марш-маневр от Браунау к Ольмицу (Оломоуцу), чтобы не позволить французам окружить свою армию. В ходе маневра русские разбили войска наполеоновских маршалов Мюрата под Аштеттином и Мортье под Дюренштейном. Этот марш вошел в историю военного искусства как замечательный образец стратегического маневра.

Вопреки мнению Кутузова император Александр I и австрийский император Франц I перешли в наступление на французскую армию. 20 ноября 1805 года состоялось Аустерлицкое сражение, в котором русский главнокомандующий оказался фактически отстраненным от командования войсками. Наполеон одержал под Аустерлицем одну из самых крупных своих побед. Александр I, прямой виновник поражения союзной русско-австрийской армии, вину за нее возложил на Кутузова, и тот снова оказался в опале.

Генерал от инфантерии был назначен киевским военным губернатором. В марте 1808 года ему поручили командовать корпусом Молдавской армии. Но из-за разногласий по поводу ведения боевых действий против турок в войне 1806–1812 годов и штурма крепости Браилов у Кутузова не сложились отношения с престарелым главнокомандующим, генерал-фельдмаршалом А.А. Прозоровским, и Михаила Илларионовича назначили виленским военным губернатором.

Однако именно Кутузову пришлось победно завершить эту затянувшуюся Русско-турецкую войну, на которую в Париже возлагали большие надежды, – император Наполеон I Бонапарт уже деятельно готовился к вторжению в Россию. В 1811 году, когда война с Турцией зашла в тупик, российский император назначил главнокомандующим Молдавской армией опального полководца. В Рущукском сражении, имея всего 15 тысяч войск, Кутузов нанес сокрушительное поражение 60-тысячной султанской армии под командованием опытного полководца Ахмет-паши.