Moltke zdał egzamin końcowy na tyle dobrze, że niedługo po nim przewodził szkole kadetów we Frankfurcie nad Odrą (przez rok), następnie przez trzy lata brał udział w misji zbierania informacji wojskowych na Śląsku i w Poznaniu.
W 1832 roku został oddelegowany do służby w sztabie generalnym w Berlinie, do którego został przeniesiony w 1833 roku, awansując jednocześnie do stopnia porucznika. Był w tym czasie przez przełożonych (w tym księcia Wilhelma, przyszłego króla Prus) uważany za genialnego oficera.
Moltke został dobrze przyjęty wśród elity Berlina. W 1827 roku opublikował krótki romans Dwaj przyjaciele. W 1831 roku napisał esej zatytułowany Holandia i Belgia w ich wzajemnych relacjach, od separacji za Filipa II do zjednoczenia za Wilhelma I. Rok później napisał Sprawozdanie z sytuacji wewnętrznej i społecznych warunków w Polsce, do którego badania opierał zarówno na źródłach książkowych, jak i osobistych obserwacji polskiego życia i charakteru. Moltke w książce Polska: zarys historii stwierdził, że w XV wieku „Polska była jednym z najbardziej cywilizowanych krajów w Europie”.