Когда разразилась русско-японская война, Маннергейм отправился на фронт в Маньчжурию, где участвовал в боевых действиях. Получив несколько орденов, честно заслуженных в сражениях, Карл Густав Эмиль фон Маннергейм вернулся в столицу.
После поражения в войне русский Генеральный штаб искал человека, который смог бы заняться сбором военно-топографических сведений в Средней и Центральной Азии. И подполковник фон Маннергейм вызвался добровольцем. В течение двух лет он в сопровождении нескольких казаков на лошадях пересек Туркестан, пустыню Гоби и через Тибет добрался до Пекина. Он прилежно фотографировал, делал измерения, знакомился с жизнью местного населения. Это путешествие, длиной в 10 тысяч километров, позволило Маннергейму стать почетным членом Русского географического общества.
Вернувшись в Петербург и получив очередное честно заслуженное звание, полковник фон Маннергейм был зачислен в гвардейский Кавалергардский полк. В 1911 году фон Маннергейм получил чин генерал-майора, стал командиром Кавалергардского полка и был включен в свиту Николая II.
К началу Первой мировой войны он был на должности командующего 12-й кавалерийской бригадой, которая была отправлена в Галицию и участвовала в боях с австро-венгерской армией. Довелось генералу повоевать и в Румынии, возглавляя кавалерийский корпус. За три года войны Маннергейм был награжден почти всеми российскими орденами и получил звание генерал-лейтенанта.
В марте 1917 года во время Февральской революции он находился в Петрограде в отпуске, а после мятежа Корнилова решил вернуться на фронт. В сентябре 1917 года верховный главнокомандующий Духонин перевел его в резерв. Узнав об Октябрьском перевороте и падении Временного правительства, фон Маннергейм решил вернуться на родину, в Финляндию.
В начале января 1918 года генерал Маннергейм был приглашен в состав военного комитета, ставившего перед собой задачу сформировать финские вооруженные силы. 14 января фон Маннергейм стал руководителем этого комитета, а 16 января глава государства Пер Эвинд Свинхувуд назначил его главнокомандующим. В стране шла гражданская война. Под руководством генерала Маннергейма помимо шюцкоровских отрядов – военизированных формирований для защиты законности и порядка – были части германского экспедиционного корпуса и части Белой армии, которым противостояли части Красной гвардии. Весной 1918 года Красная гвардия потерпела поражение по всей стране, и в начале мая Маннергейм торжественно вошел в столицу. Однако на финский престол был возведен зять кайзера Вильгельма II принц Фридрих Карл Гессенский, и в начале октября 1918 года Маннергейм, который не питал любви к немцам, вынужден был эмигрировать.
Вспыхнувшая в Германии революция уничтожила кайзеровский трон. И уже в декабре 1918 года Густав фон Маннергейм вернулся в Хельсинки, где в качестве регента управлял страной с декабря 1918-го по июль 1919 года. Он укрепил государственный строй Финляндии как республики, усилил роль вооруженных сил в стране и пытался наладить связи со странами Северной Европы. В июле 1919 года, будучи еще регентом, он ратифицировал конституцию республики Финляндия. После выборов президентом страны стал Стольберг, а Маннергейм оставил за собой пост главнокомандующего вооруженными силами Финляндии. В 1920 году правительство приняло решение реформировать финскую армию по германскому образцу. Фон Маннергейм подал в отставку.
В начале 1930-х годов он вернулся в политику и на государственную службу. В марте 1931 года он был назначен председателем Совета обороны. В 1937 году Маннергейм добился принятия семилетнего плана перевооружения армии, и под его руководством на Карельском перешейке стали возводиться оборонительные укрепления, получившие название «линии Маннергейма». Он сделал очень много для вооружения и укрепления финской армии, и не его вина, что к моменту нападения Советского Союза на Финляндию осенью 1939 года она была недостаточно вооружена и подготовлена, а техническое оснащение финской армии также оставляло желать лучшего. Карл Густав фон Маннергейм знал все это лучше, чем кто-либо другой, поэтому, когда в конце 1938 года Рюти рассказал ему о предложениях Москвы, генерал посоветовал премьеру согласиться не только на советские базы, но и на незначительные территориальные уступки.
Еще в начале 1938 года СССР по закрытым каналам обращался к Финляндии с предложением начать переговоры по пограничным вопросам, чтобы обеспечить безопасность Ленинграда на случай войны. Для этого СССР хотел получить некоторые финские территории. Но правительство Финляндии ответило отказом. Сам Маннергейм стоял на более гибких позициях и высказался за уступки.