В первые дни 1878 г. Ф. Э. Келлера назначили начальником штаба болгарского ополчения, а спустя два дня — начальником штаба авангарда действующей армии под командованием генерал-лейтенанта М. Д. Скобелева. В составе этого авангарда он участвует в походе от Казанлыка к Андрианополю и взятии г. Хаскиная. 23 января по заключении перемирия граф участвовал совместно с турецкими офицерами в определении нейтральной полосы между двумя армиями — от Черного до Мраморного моря. По исполнении этого поручения он направляется в штаб болгарского ополчения, откуда дважды под его командованием отправляются отряды для усмирения турецкого населения. В мае 1878 г. последовало переформирование болгарского ополчения в болгарское земское войско, начальником штаба которого назначается Ф. Э. Келлер. С 6 мая он временно исполнял должность начальника штаба всех войск, вверенных генералу князю A. M. Дондукову-Корсакову с оставлением исполнять занимаемую должность.
4 апреля 1879 г. Ф. Э. Келлера произвели в полковники, и в том же году — во флигель-адъютанты. В мае 1879 г. он направляется в Константинополь и на Балканский полуостров для участия в работе международной комиссии по определению границ Болгарии. За службу в рядах болгарского ополчения болгарским князем Александром I ему был пожалован рескрипт, а за участие в сражениях при Эски-Загре, Шипке и Шейново — медаль.
В январе 1880 г. Ф. Э. Келлер возвращается в Россию. Через два года он был зачислен в свиту Его Императорского величества и награжден орденом Св. Анны 2-й степени.
30 декабря 1882 г. состоялось назначение графа командиром лейб-гвардии 4-го стрелкового Императорской фамилии батальона с оставлением в звании флигель-адъютанта. Это было очень почетное назначение.
За успешное выполнение проверки порядка призыва в Полтавской губернии графу Ф. Э. Келлеру было объявлено «монаршее благоволение». В 1884 г. по высочайшему повелению — командировка во Францию для присутствия на маневрах войск. В 1886 г. ему пожалован орден Св. Владимира 3-й степени и французский Командорский крест ордена Почетного легиона, а в 1889 г. — персидский орден Льва и Солнца I степени.
Честному войсковому офицеру, более привыкшему к боевым испытаниям, чем к дворцовым интригам, нахождение при царском дворе принесло немало неприятностей. Он был незаслуженно оболган в глазах императора Александра III, что всю его дальнейшую жизнь причиняло ему массу неприятностей, так как в этой истории фигурировал близкий к императорскому двору князь В. П. Мещерский, пользовавшийся большим влиянием. Однажды князю Мещерскому, известному и как автор романов так называемого «салонного жанра», в которых описывалась жизнь великосветского Петербурга («Женщины петербургского большого света», «Мужчины петербургского большого света» и др.), и не скрывавшему свое влечение к юношам, приглянулся трубач из батальона Ф. Э. Келлера. Тогда Ф. Э. Келлер, узнав о связи князя с трубачом, возмутился. Он наказал подчиненного и решительно пресек его «отношения» с князем. Разгневанный Мещерский решил отомстить графу, начав, по своему обыкновению, доносить на него, распространять грязные слухи, в том числе в газете-журнале «Гражданин», основателем и издателем которого он являлся. Интриги князя принесли «плоды» — в 1890 г. Ф. Э. Келлеру пришлось оставить командование батальоном.