В сентябре 1878 г. Куропаткин назначен руководить азиатским отделением Главного штаба и адъюнкт-профессором Академии Генерального штаба. Казалось, что начинается спокойная петербургская жизнь, но в следующем году местом его службы вновь стал Туркестан, где он принял командование стрелковой бригады. Вскоре в Туркестан прибыл генерал-лейтенант Скобелев, которому поручили возглавить Ахалтекинскую экспедицию, и они встретились в походе русского отряда под Геок-Тепе. В очередной раз став начальником штаба «белого генерала», Куропаткин проявил свои превосходные организаторские качества в переходе через пустыню и подготовке штурма Геок-Тепе. С началом приступа крепости он командовал главной штурмовой колонной, ворвался по минному обвалу в крепость, положив начало победе русских войск. Был награжден орденом св. Георгия III степени и произведен в генерал-майоры. Ахалтекинский оазис Туркмении вошел в состав Закаспийской области России.

С 1883 г. Куропаткин вновь состоял при Главном штабе, занимался вопросами военного управления в отдаленных областях Российской империи, выезжал командовать соединениями на различные маневры и учения. В 1890 г. произведен в генерал-лейтенанты с назначением начальником Закаспийской области и командующим расположенными там войсками. Приступив к исполнению должности, развернул большую административную и хозяйственную деятельность. За восемь лет его управления областью, ранее пустынной, Закаспийский край преобразился, здесь получили развитие промышленность и торговля, появились новые города и селения, созданы учебные заведения, привлечены переселенцы из разных губерний страны, с полной нагрузкой работала Закаспийская железная дорога.

Активная деятельность Куропаткина не осталась незамеченной Николаем II, и в январе 1898 г. царь назначил его управляющим Военным министерством, а с 1 июля – военным министром. В 1901 г. А. Н. Куропаткин стал генералом от инфантерии, с 1902 г. – генерал-адъютантом (в эти годы он жил в особняке П.А. Кочубея на Мойке, 67, вскоре ставшем резиденцией российских военных министров). В должности военного министра ему досталось тяжелое наследие. Планы преобразования русской армии, осуществлявшиеся в 1870–1880-е гг. Александром II и военным министром Милютиным, в последующие годы имели весьма вялое продолжение, и Куропаткин скоро убедился, что Николай II мало что хочет менять. На обеспечение и развитие армии в 1899–1903 гг. Куропаткин запросил 455 млн руб., но получил лишь 160 млн руб. Тем не менее, под его руководством были проведены в жизнь многие неотложные меры: повышены оклады денежного содержания офицерам, сохранявшиеся с 1859 г., произведено омоложение командного состава, преобразован ряд военных округов, расширены юнкерские училища и кадетские корпуса, укреплена полевая артиллерия и начато внедрение в войска пулеметов. Однако всего этого оказалось явно недостаточным, чтобы русская армия подошла к войне с Японией обновленной. К тому же военный министр не придавал особого значения дальневосточному региону, считая войну с японцами маловероятной и ограничившись постройкой крепости Порт-Артур. Посетив в 1903 г. Дальний Восток, Куропаткин доложил Николаю II: «Мы можем быть вполне спокойны за участь Приамурского края, и мы вполне надеемся отстоять северную Маньчжурию». По плану военных мероприятий на 1904–1909 гг. из 130 млн руб., отпущенных Военному министерству, на укрепление Дальнего Востока Куропаткин определил израсходовать лишь 7 млн. Не было у военного министра и взаимопонимания с царем: строго военное воспитание генерала, отсутствие светского лоска делали его чуждым в придворной среде, и часто он наталкивался на стену равнодушия. В августе 1903 г. Куропаткин попросился в отставку со своего поста, но Николай II не принял ее.