Служил в 1-м Оренбургском казачьем полку в Харькове (1899–1902), младший офицер 6-й сотни. Заведовал конно-саперной командой, выполняя при этом обязанности полкового библиотекаря и члена офицерского общества заемного капитала.

Прикомандирован к инженерным войскам (1902). В 5-м саперном батальоне (1902–1909).

Участник русско-японской войне 1904–1905 гг. (11.03–01.10.1905).

Был временно прикомандирован к Оренбургскому казачьему юнкерскому училищу училище (с 13.01.1909). Затем переведен в училище (24.09.1909), в котором служил до 1916 г. — помощник инспектора классов, инспектор классов. 16.10.1912–16.10.1913 — годовое цензовое командование 5-й сотней 1-го Оренбургского казачьего полка. Действительный член Оренбургской учёной архивной комиссии (1914–1915). Увлекался историей. Собирал документальные свидетельства приезда А. С. Пушкина в Оренбург.

Участник Первой мировой войны (с 1916 г.) — командир стрелкового дивизиона 10-й кавалерийской дивизии, участвовал в боях в Карпатах и в Румынии. Ранен и контужен под деревней Паничи в Румынии, временно лишился зрения и слуха, получил трещину черепа (01.10.1916). Назначен командующим 1-м Оренбургским казачьим полком (16.10.1916, вступил в командование 18.11.1916).

В марте 1917 г., как делегат полка участвовал в 1-м общеказачьем съезде в Петрограде, товарищ (помощник) председателя Временного совета Союза казачьих войск А. П. Саватеева. На 2-м общеказачьем съезде (01–13.06.1917), единогласно избран председателем съезда. С апреля 1917 г. член, с июня председатель Совета (до июня — Временного совета) Союза казачьих войск. Выступал за демократическую федеративную республику. После того, как глава Временного правительства А. Ф. Керенский объявил Л. Г. Корнилова и атамана А. М. Каледина изменниками и мятежниками, Дутов занимал нейтральную позицию, но склонялся к поддержке Верховного главнокомандующего Корнилова.

Участник московского Государственного совещания (12–15.08.1917). На Чрезвычайном войсковом круге Оренбургского казачьего войска (ОКВ) избран его войсковым атаманом (1.10.1917) и председателем войскового правительства. Назначен главноуполномоченным Временного правительства по продовольствию по Оренбургскому казачьему войску, Оренбургской губернии и Тургайской области (15.10.1917).

26.10 (8.11).1917 г. издал приказ о непризнании большевистского переворота в Петрограде, ввёл в Оренбурге военное положение, арестовав местных большевиков. «Мы видим в сумраке очертания царизма, Вильгельма и его сторонников, — говорил Дутов на открытии очередного Войскового круга Оренбургского казачьего войска. — И ясно, определенно стоит перед нами провокаторская фигура Владимира Ленина. Россия умирает. Мы присутствуем при последнем ее вдохе». «Впредь до восстановления полномочий Временного правительства и телеграфной связи принимаю на себя всю полноту исполнительной государственной власти», — заявил А. И. Дутов.