В боях у Цинхечена в конце ноября 1904 г. он командовал авангардом (1 батальон, 4 сотни казаков и горная батарея), который в течение пяти дней доблестно отбивал атаки противника. Сопку, на которой шли бои, даже прозвали «деникинской». В феврале 1905 г. он стал начальником штаба Урало-Забайкальской казачьей дивизии, прибыв туда вместе с Ренненкампфом, который временно замещал раненого генерала Мищенко. Здесь Деникин принял участие в неудачном для нас Мукденском сражении. После отхода русской армии конницу на правом фланге вновь возглавил генерал Мищенко – человек, чье имя тогда гремело по всей России, а многие офицеры и солдаты специально уходили из своих частей, чтобы служить под его началом. Деникин остался начальником штаба. Отметим весьма интересную черту его характера, а именно умение сходиться с начальством: сначала ему удалось наладить отношения с весьма непростым Ренненкампфом, а затем – с его чуть ли не «смертельным врагом» Мищенко.
Несмотря на затишье, конный отряд Мищенко в последующие месяцы провел ряд дерзких набегов по тылам противника, разрушая железные дороги, уничтожая вражеские роты, захватывая военное имущество и ценную корреспонденцию. За боевые отличия Деникин был произведен в полковники. Как Мищенко писал в приказе по своему отряду: «По справедливости я должен признать деятельность этого достойного офицера Генерального штаба высоко полезной как в отношении внутреннего быта частей дивизии, так и в особенности боевой службы, которая была очень трудной и ответственной».
После окончания войны предполагалось, что Антон Иванович получит должность начальника штаба дивизии, однако пока шло долгое путешествие через охваченную революцией Сибирь (где офицерам пришлось фактически захватить поезд, чтобы прорваться в центральную Россию), все вакантные места были распределены. После долгих выяснений ему предложили временную должность штаб-офицера в штабе 2-го кавалерийского корпуса в знакомом ему Варшавском военном округе. Временное назначение продлилось целый год. Обостренное чувство справедливости снова взыграло в Деникине, он написал не совсем корректное прошение в Генштаб, откуда получил предложение стать начальником штаба 8-й Сибирской дивизии. В телеграмме было приписано: «В случае отказа он будет вычеркнут из кандидатского списка». На что Антон Иванович послал еще менее корректную телеграмму: «Я не желаю», после чего ему предложили уже нормальную должность начальника штаба 57-й резервной бригады в Саратове.
В это время Деникин продолжил активно выступать в военной прессе с публицистическими статьями. Одни из них касались военной жизни, другие описывали события русско-японской войны, третьи были посвящены анализу причин неудач на полях Маньчжурии и недостаточности начатых военных реформ. Как и многие либерально мыслящие военные, Антон Иванович возлагал надежды на обновление, призывая сделать ставку на офицерские кадры (улучшить систему отбора и дать возможность для творческой инициативы), а также обратить внимание на развитие авиации и автотранспорта. Накануне Первой мировой Деникин писал, что Россия не готова к будущей войне («Новая война была бы для нас несчастьем»), а потому полагал, что «бедной темной стране нашей теперь, на заре обновленного государственного строя, более чем когда-либо нужны мир и процветание». Стоит отметить, что основное внимание он уделял политике на Дальнем Востоке, явно преувеличивая военную угрозу со стороны Китая.