W latach 1880–1881, brał udział w kampanii w Azji Środkowej. Po zakończeniu walk powrócił do stolicy, gdzie rozpoczął studia w Nikołajewskiej Akademii Inżynierii. Początkowo planował studiować w Mikołajewskiej Akademii Artylerii, ale nie zdał egzaminów wstępnych. Studia ukończył w 1883 roku. W 1885 roku przyjęto go do prestiżowej Nikołajewskiej Akademii Sztabu Generalnego. Naukę tam zakończył, z wynikiem pierwszej kategorii, w 1888 roku. Artamonow awansowany został do stopnia kapitana, a następnie otrzymał przydział w Kaukaskim Okręgu Wojskowym. Od 1890 roku służył na terenie obwodu zakaspijskiego. Przez kolejną dekadę, w celach wywiadowczych Artamonow wysyłany był w rejony przygraniczne z Imperium Osmańskim (1888), Persją (1889 i 1891) i Afganistanem (1893). Służył w wielu jednostkach we wschodniej części Rosji, głównie na Kaukazie i obszarze zakaspijskim, ale też w obwodzie nadmorskim. Oprócz danych ściśle militarnych, w czasie swych wypraw zbierał on także materiały dotyczące geografii, historii, orografii, hydrografii i ekonomii. Były one później publikowane, a niektóre z tych danych stanowią nadal cenne źródło dla badaczy tych regionów.