1793年6月13日，身无分文的拿破仑一家抵达土伦。意想不到的是，当地雅各宾俱乐部成员热情欢迎了他们，并且帮助他们在马赛租到了房子，做暂居之所。其实，拿破仑很早之前便已是雅各宾派的拥护者。而没过几天，他便向当地炮兵指挥官报到。这位指挥官不是别人，正是他在奥松时那位老校长的兄弟，所以，他很快就被派往地中海沿岸的岸防炮台，准备炽热弹以对付英国战舰。
由于国王路易十六在革命广场被处死，仇视法国革命的欧洲封建君主借口组织了反法联盟军，进攻法国；5月底，巴黎发生起义，政治家马拉在浴缸里被刺身亡；6月2日，8万名武装的巴黎平民打倒了倒行逆施的吉伦特派，代表中、小资产阶级的雅各宾派建立了革命****；6月24日，雅各宾派政权通过了新宪法，残酷的政治恐怖笼罩了法国；8月，为了恢复波旁王朝的统治，盘踞土伦的王党分子发生叛乱，还引狼入室，允许反法联军的英国和西班牙舰队驶入土伦港；9月底，在土伦的外国军队已达1.4万余人。雅各宾派派出了两支军队，开始了土伦围攻战，但战事不顺，收复土伦的前景渺茫。
在这样的背景下，拿破仑以他的军事知识和锐利眼光很快就发现了战场局势的关键所在。他不是以消极地等待或执行上级命令为使命，而是以主动地参与投入、争取胜利为天职。他认为，攻克土伦要塞的关键是控制土伦内外两港的拉塞因半岛，如果法军攻占这个半岛上的小直布罗陀高地，那么，就能控制土伦内港的入口，并且迫使英国军舰在内外两侧无法立足。而离开英国军舰，则土伦的保王党不攻自破。因此，夺取小直布罗陀高地是法军攻击的重点。而要达此目的，必须攻克英国人在半岛根部朝内陆一面所构筑的坚固据点——马尔格雷夫堡，攻占了这个堡垒，全局就可以立即活起来。这样，全面进攻即变成了重点进攻，而炮兵在这场进攻中是可以发挥关键作用的。拿破仑毛遂自荐，建议改变原来的向心突击计划，改为集中所有炮兵向小直布罗陀高地发动重点进攻，并以步兵穿插相配合。
拿破仑的计划具有无可辩驳的优越性，他向特派员萨利塞蒂和加斯帕兰做了详细报告和说明，并获得了他们的支持，进而获得时任救国委员会主席的大罗伯斯庇尔的弟弟小罗伯斯庇尔的赞赏。由于有这些大人物的保举，所以尽管巴黎的一些门外汉轻率地斥责拿破仑的进攻计划为“一派胡言”，但最终还是被采纳了。救国委员会根据前线特派员的汇报撤掉了卡尔托的职务，改任老将迪戈米埃任前线司令官，加之前线的炮兵指挥官多马尔坦受了伤，另一个炮兵指挥杜特将军生病不能上阵地，于是根据前线特派员的举荐，拿破仑被任命为土伦前线的炮兵指挥。
拿破仑将前线所有的各种口径的大炮共一百多门统统搜集起来，在英军阵地的对面构筑了13个炮兵阵地，准备集中火力轰击英军堡垒。雅各宾军队的队伍缺少正规的训练，没有起码的军人素养，不会使用火炮，更不会修理。由于战事连连失败，军队士气低沉。更可笑的是，卡尔托居然是半路出家的画家，缺乏军事方面的起码常识，对那少得可怜的几门炮，他连射程多远都不知道。为此拿破仑以其特有的精干作风和组织指挥能力在短时间内对炮兵进行了正规的训练，使一伙散兵游勇很快成为合格的炮兵。
当时暂任土伦指挥员的多佩将军赞赏拿破仑说：“这个青年军官既有很大才能，又有不屈不挠的大无畏精神和不知疲倦的充沛精力。我视察军队时，发现他总是坚守在他的岗位上；当他需要休息时，他就裹着大氅（chang），睡在地上，他从未离开过炮群。”
在土伦前线，拿破仑结识了许多青年军官：迪罗克、马尔蒙、维克托、富歇、勒克莱尔、朱诺、德赛等。这些中下级青年军官，后来在拿破仑率领下，大多以战功显赫而成为法兰西元帅和将军。
12月15日，在经过周密的准备之后，土伦作战开始。
拿破仑凶猛的大炮很快压倒了英军要塞中的火力。法军3.7万余人开始全面进攻，向主攻方向小直布罗陀高地出动了6000步兵，直指马尔格雷夫堡。当时风雨交加，战斗非常激烈，英国、西班牙军队也非常顽强。出现了阵地夺而复失、失而复得的局面。拿破仑指挥炮兵轰击了48小时，大展神威。紧接着，他命令炮兵控制阵地，并跟进占领小直布罗陀高地，自己在危急时刻高举旗帜，带领步兵冲锋。他不顾腿部刺伤，战马被炸死，身先士卒，带领步兵冒着枪林弹雨，一举攻克马尔格雷夫堡，夺占小直布罗陀高地。然后马不停蹄，在高地上架起大炮，朝土伦港的英国、西班牙军舰猛烈开火。英、西两国军舰在法国炮火的轰击下损失惨重，眼见大势已去，回天无力，仓皇逃入地中海。土伦的保王党分子失去靠山，乖乖地向法军投降了。
土伦战役以法军的胜利而宣告结束。这次战役沉重地打击了保王党分子及其反法联军，同时也使拿破仑的卓越指挥才能得到了显现。战役结束后，攻城总指挥迪戈米埃将军上书陆军部称赞拿破仑道：“他拥有一颗充满智慧的头脑，知识渊博，性格坚定。这位非常优秀的军官的才能是无法描绘完全的。”
而杜特将军对拿破仑更是推崇备至，在致陆军队长的报告中，他这样写道：“拿破仑的优点是难以言表的。说他知识渊博，智勇双全，这只不过勾画了这位稀世将才的大概轮廓。”
1793年6月中旬来到土伦时，拿破仑不过是一个默默无闻的少校；10月19日，陆军部提升他为少校营长。如今，一场战役让他一夜成名。12月22日，拿破仑跨越了中校和上校两级军阶，直接被提升为准将。翌年3月初，国民公会任命拿破仑为意利军团的炮兵指挥。这时，他年仅25岁。