В 1861 году Сухомлинов поступил в Александровский кадетский корпус в Вильно. Летом 1863 года, в связи с реформой военного образования и начавшимся польским восстанием, корпус был расформирован. Владимир Сухомлинов был переведен в Петербург в 1-ю военную гимназию. После ее окончания был зачислен юнкером в Николаевское кавалерийское училище, из которого выпустился в 1867 году и несколько лет служил в уланском полку. Через семь лет окончил Академию Генерального штаба по первому разряду и был произведен в штабс-ротмистры и командовал эскадроном Кирасирского полка, где проявил себя способным офицером.

Участник русско-турецкой войны 1877–1878 годов. Первоначально занимался организацией гражданского управления в Тырново. С 15 сентября 1877 года состоял в распоряжении главнокомандующего действующей армией в. к. Николая Николаевича (Старшего). Сделал ряд рекогносцировок турецких укреплений под Плевной. За боевые отличия в войне награжден в 1878-м орденом Святого Георгия 4-й степени и золотым оружием. После заключения перемирия посетил Константинополь, где заразился черной оспой и 15 апреля 1878 года на санитарном пароходе «Буг» был эвакуирован в Россию, где по выздоровлении 6 мая 1878 года назначен правителем дел Николаевской академии Генерального штаба. В этой должности он являлся ближайшим сотрудником начальника академии генерала М. И. Драгомирова. Руководил практическими занятиями по тактике, читал лекции в Николаевском кавалерийском училище и Пажеском корпусе. Также ему было поручено преподавание тактики и военной истории в. к. Петру Николаевичу и Сергею Михайловичу. Сухомлиновым был составлен ряд учебных пособий по тактике. Потом два года – командир полка.

С 10 января 1886 года – начальник офицерской кавалерийской школы. Находясь в течение почти 12 лет во главе школы, Сухомлинов положительно повлиял на развитие и усовершенствование техники армейского кавалерийского дела. За время руководства школой Сухомлиновым был написан ряд учебных пособий и рассказов, а также историческое исследование о Мюрате. Кроме того, в разное время он сотрудничал с журналами «Разведчик», «Военный сборник» и газетой «Русский инвалид». С апреля 1897 года – начальник 10-й кавалерийской дивизии, входившей в состав войск Киевского военного округа. Штаб дивизии располагался в Харькове, в ее состав входили Новгородский драгунский, Одесский уланский, Ингерманландский гусарский и Оренбургский казачий полки. Способствовал учреждению в Сумах кадетского корпуса. С мая 1899 года Сухомлинов – начальник штаба Киевского военного округа. В штабе округа в это время работали генералы Рузский – генерал-квартирмейстер, Маврин – дежурный генерал, Благовещенский – начальник управления сообщений. Во время Курских маневров 1902 года Сухомлинов был начальником штаба «Южной армии» из войск Киевского военного округа, возглавляемой военным министром Куропаткиным. С октября 1902 года Сухомлинов – помощник командующего Киевским военным округом М. И. Драгомирова. С началом русско-японской войны Куропаткин предложил Сухомлинову занять пост его начальника штаба, но тот отказался, так как не был знаком с дальневосточным театром военных действий и сибирскими войсками. После выхода Драгомирова в отставку, Сухомлинов был 23 октября 1904 года назначен командующим войсками Киевского военного округа. В результате произошедших в Киеве беспорядков, которые твердой рукой Сухомлинова были прекращены, 19 октября 1905 года его назначают Киевским, Подольским и Волынским генерал-губернатором. Это пришлось на время революции 1905–1907 года. Несколько раз он становился целью террористов.

С основания Киевского отдела монархической организации «Русское собрание» был его председателем. В связи с назначением Киевским генерал-губернатором вынужденно отошел от дел и был замещен В. К. Абазой. После смерти своей второй жены Сухомлинов женился на Екатерине Викторовне Бутович (урожденной Гошкевич). Этому предшествовал скандальный бракоразводный процесс между Екатериной Викторовной и ее первым мужем, статским советником В. Н. Бутовичем, бывшим инспектором Народных училищ Киевской губернии. 2 декабря 1908 года Сухомлинов был назначен царем начальником Генерального штаба. Принимая должность начальника ГУГШ, он настоял на своем подчинении военному министру, считая необходимым единоначалие. В качестве начальника Генерального штаба Сухомлинову пришлось заниматься составлением новых мобилизационных планов. Член Совета государственной обороны (1908–1909).

Блистательное завершение его карьеры произошло 11 марта 1909 года, когда Сухомлинов занял пост военного министра, где проявил себя сторонником развития и использования новых видов техники. В его министерстве были созданы автомобильные части, Императорский военно-воздушный флот, в полках сформированы пулеметные команды, а в корпусах – авиаотряды. При Сухомлинове были расформированы резервные и крепостные войска, за счет чего были усилены полевые войска (число армейских корпусов выросло с 31 до 37). В 1911 году была создана военная контрразведка. Сухомлинов утвердил «Положение о контрразведывательных органах» и «Инструкцию начальникам контрразведывательных органов». Во время министерства Сухомлинов много ездил по стране, проверяя проведение пробных мобилизационных упражнений в разных частях.

Когда Сухомлинов был введен в Государственный совет, у него сложились натянутые отношения с министром финансов В. Коковцовым, который стремился сократить военные расходы. В связи с Балканской войной все более вызывающим, в отношении России, становилось поведение Австро-Венгрии и от этого в ноябре 1912 года на совещании у императора рассматривался вопрос о мобилизации войск трех российских военных округов. Сухомлинов выступал за эту меру, но В. Коковцову, ставшему к тому времени премьер-министром, удалось убедить императора не принимать такого решения, угрожавшего втягиванием России в войну. Сухомлинов же сказал: «Все равно войны нам не миновать, и нам выгоднее начать ее раньше… Государь и я, мы верим в армию и знаем, что из войны произойдет только одно хорошее для нас».

В обстановке войны, когда к весне 1915 обнаружился большой недостаток снарядов и другой военной амуниции, Сухомлинова стали считать главным виновником плохого снабжения русской армии. 4 июня 1915 года под давлением общественного мнения Сухомлинов был уволен царем с должности военного министра. Вскоре было начато расследование его деятельности на посту министра, в том числе и вскрывшейся истории с бывшим внештатным агентом московской полиции Николаем Соловьевым, нечистым на руку дельцом и фальшивомонетчиком, который втерся в доверие к жене Сухомлинова и через нее добился протекции министра и даже работы в контрразведке. 8 марта 1916 года Сухомлинов был уволен с военной службы и исключен из членов Государственного совета. 21 апреля 1916 года он был арестован и находился в заключении в Трубецком бастионе Петропавловской крепости, пока продолжалось следствие. 11 октября 1916 года был переведен под домашний арест, и у него появилась возможность публичного оправдания. Со стороны высших сановников предпринимались попытки свернуть дело Сухомлинова, но министры юстиции А. А. Хвостов и А. А. Макаров не допустили этого, угрожая отставкой.

Сухомлинов впоследствии вспоминает: «В то время, когда я так отстаивал свою голову, вспыхивает Февральская революция 1917 года, и какая-то компания вооруженных людей арестовывает меня на квартире и везет в Таврический дворец, где уже организовалась новая власть. Во время переезда в грузовом автомобиле субъект в