Во время обучения в Академии Лавр Георгиевич познакомился с Таисией Владимировной Марковиной и в 1896 году женился на ней, а еще годом позже у них родилась дочь Наталья.
Корнилов окончил Академию в 1897 году с малой серебряной медалью и с занесением имени выпускника на мраморную доску в конференц-зале Академии – подобной чести удостаивались немногие. Верный себе Корнилов вновь отказался от службы в столице – его опять ждал Туркестанский военный округ, где для офицера Генерального штаба был поистине непочатый край работы. Именно тут, на стыке сфер влияния России и Великобритании, на территориях Памира, Тибета, Ирана и Афганистана, шла столь метко названная Киплингом Большой игрой борьба двух империй не на жизнь, а на смерть за важнейшие для них территории, государства и области Азии.
Большая игра выливалась в самые различные формы военно-политического давления империй друг на друга. Участниками Большой игры были и губернаторы, и главнокомандующие, и дипломаты, и разведчики, и промышленники, и агенты, но, пожалуй, одними из самых важных действующих лиц этой игры были путешественники-географы, без тяжелой, опасной и неприметной работы которых Большая игра была бы невозможна. Территории, разделявшие русский Туркестан и южные провинции британской Индии, на карте в то время выглядели как одно огромное белое пятно. Это пятно благодаря усилиям таких людей, как Пржевальский или Семенов-Тянь-Шаньский, неизменно и постоянно сужалось, но к моменту возвращения Корнилова из Академии в Туркестан все равно оставалось более чем значительным. Без постоянной работы географических экспедиций Большая игра была невозможна, и Корнилов, знавший ряд местных диалектов и обладавший опытом местной жизни, очень быстро стал ее участником. По прибытии в Ташкент, где находился штаб Туркестанского военного округа, Лавр Георгиевич был назначен помощником старшего адъютанта округа, однако занимал эту должность исключительно номинально, ибо в действительности выполнял задачи, принесшие его имени огромную известность.
К востоку от южной части русского Туркестана лежал принадлежащий так называемый Восточный Туркестан, делящийся на две части – северную (Джунгария) и южную (Кашгария). В конце XIX века Джунгария была относительно неплохо изучена, но Кашгария была для европейцев самым настоящим пробелом на карте. В Генеральном штабе обоснованно считали, что Кашгария может стать объектом британских интересов наравне с Афганистаном. Чтобы не повторять бесконечную и безрезультатную борьбу за Афганистан в Восточном Туркестане, было необходимо как можно более полно изучить этот регион, наладить контакты с местными властями, торговцами, влиятельными лицами, изучить местные крепости и, наконец, создать собственную агентурную сеть, чтобы получать своевременную информацию об активности британцев в регионе. Задача была крайне сложной, но капитан Корнилов взялся за нее. В 1898 году он уже прославился на весь Туркестан своей безрассудно смелой разведкой британской крепости Дейдади в Афганистане, когда, переодевшись туркменом, изучил ее укрепления и создал их схему. В течение нескольких лет Корнилов путешествует по Кашгарии, делает топографические съемки, изучает крепости, общается с чиновниками, вербует агентов, собирает сведения о ее населении, их обычаях, привычках, склонностях. Эта работа легла в основу не только военных планов Российской империи и секретных материалов, обосновавшихся в разведывательном отделе Генерального штаба. В 1903 году Корнилов издает книгу «Кашгария, или Восточный Туркестан» – полномасштабный научный отчет об этнографии, географии, военно-политическом состоянии региона. За экспедиции в Кашгарию Лавр Георгиевич был награжден орденом Святого Станислава 3-й степени. Оценил его труды и противник – карты и схемы кашгарских крепостей широко использовались в британском «Военном отчете по Кашгарии» 1907 года.
Работа по Кашгарии принесла известность Корнилову не только как исследователю, но и как блестящему разведчику. Следующее задание не менее сложное и невероятно рискованное – отряду под руководством капитана Генерального штаба Корнилову предстояло исследовать и картографировать малоизученную часть Восточного Ирана, еще одно белое пятно на картах, известное как Степь Отчаяния. Степь Отчаяния на самом деле не степь, в действительности это безводная знойная пустыня, которую не решались изучать британские исследователи, и ни один европеец не смог ее пересечь. В 1902 году Корнилову это удалось сделать. Вместо отметки «неисследованные земли» на картах появились результаты русской топосъемки, а отчеты Лавра Георгиевича об экспедиции изобиловали богатейшим географическим, этнографическим и военным материалом. В экспедициях по отдаленным районам Азии Корнилову неизменно помогало прекрасное знание восточных языков – урду, фарси, монгольского, казахского и киргизского, а также попутно удалось изучить английский – язык, без знания которого в сфере влияния Великобритании действовать было крайне сложно.