Après l'École de Brienne, c'est à Paris, à l'École militaire, que Nansouty finit ses études. Il est déjà lieutenant-colonel, aide de camp de Luckner, quand débute la guerre, en mars 1792. Il sert surtout sur le Rhin, est général de brigade en 1799.
A la tête de ses dragons, il est en 1800 à Stockach, Mosskirch, Memmingen. Général de division en 1803, chambellan de l'Impératrice en 1805, il suit la Grande Armée de 1805 à 1807, à Wertingen (8 octobre 1805), Ulm, Austerlitz, Golymin (26 décembre 1806), Eylau, Guttstadt (9 juin 1807), Friedland.

Premier écuyer de l'Empereur et comte de l'Empire en 1808, il commande la division de grosse cavalerie en 1809, est à Abensberg (20 avril), Eckmùhl (22 avril), Ratisbonne (23 avril), Essling, Wagram. Promu inspecteur général des dragons, il fait la campagne de Russie, est à Ostrowno (25 juillet 1812), blessé au genou à la Moskova. En 1813, Nansouty est à Dresde, Leipzig, Hanau, où il est de nouveau blessé. En 1814, à la tête de la cavalerie de la garde, il charge à La Rothière 1er février), Montmirail (11 février), est blessé à Craonne (7 mars).

La Restauration nommera cet aristocrate aide de camp du comte d'Artois et inspecteur général des dragons. Le nom de Nansouty est gravé sur l'arc de triomphe de l'Etoile.