При полной поддержке правительства канцлера, а затем рейхсканцлера Отто фон Бисмарка начальник Генерального штаба провёл ряд мероприятий по укреплению боеспособности сперва прусской, а затем и германской армии. Были сокращены сроки мобилизационной готовности и развёртывания армейских сил, увеличился численный состав армии и проведено её перевооружение, созданы хорошо подготовленные армейские резервы и специальное железнодорожное управление, которое должно было обеспечивать переброску войск по железным дорогам к государственным границам.

Мольтке учил прусский генералитет современным методам ведения боевых действий. При этом он тщательнейшим образом анализировал все войны и военные конфликты своего времени. Так, например, он изучал опыт гражданской войны в Соединённых Штатах, что навело его на мысль более полного использования на войне железнодорожного транспорта и телеграфа. Мольтке посылал на эту войну специальных наблюдателей. Хотя использование железных дорог и телеграфа в боевых условиях не является изобретением прусского полководца, но он сумел поднять эту практику на научный, теоретический уровень.

Генерал-фельдмаршал Мольтке вместе с канцлером Отто фон Бисмарком и военным министром Альбрехтом фон Рооном составили негласный правящий триумвират, которому удалось изменить карту Европы и сделать объединённую Германию сильной в военном отношении континентальной державой.

В 1864 году Хельмут фон Мольтке был назначен начальником союзной прусско-австрийской армии в войне против Дании. Эта европейская война неравных по силе сторон закончилась присоединением к Прусскому королевству Шлезвига и Гольштейна. В тот год новая мобильная организация Мольтке, существовавшая пока ещё только в пехоте, показала свою эффективность: прусская армия вторглась в Данию и нанесла поражение её армии за несколько недель.

Прусско-австро-датская война 1864 года стала для начальника Генерального штаба Пруссии своеобразным полигоном для отработки новой тактики. Мольтке продолжает совершенствовать военную организацию королевства, которому в скором времени предстояло объединить под своей эгидой разрозненные германские государства в единую Германскую империю.

В войне Пруссии против Австрии и её союзников в 1866 году Мольтке занимает пост начальника полевого штаба, фактически же был главнокомандующим всеми вооружёнными силами королевства. Именно он организовал вторжение прусской армии на территорию своего недавнего союзника в войне против Дании и составил план боевых действий, нацеливаясь только на полную победу.

Первое крупное сражение той войны произошло 27-29 июня при Лангензальце. Начальник полевого штаба командовал прусскими войсками по телеграфу — это было новым явлением в военном деле. Прусская армия смогла окружить и разгромить союзную Австрии ганноверскую армию численностью примерно в 20 тысяч человек. Это был большой успех Мольтке, ведь война только началась.

Однако наступающей королевской армии под его непосредственным командованием не удалось в начале июля окружить австрийцев под Кеннигреце. Австрийская армия отступила под натиском пруссаков, потеряв при этом 45 тысяч человек.

Эта война вновь прославила Хельмута фон Мольтке. Прусская армия, действовавшая под его командованием, всего за семь недель боевых действий заставила Австрию капитулировать. Полководец Мольтке-старший обрёл славу победителя. А победительница Пруссия возглавила Северогерманский союз, которому предстояло превратиться в Германскую империю со столицей в прусском городе Берлине.

Генерал-фельдмаршал Хельмут Карл фон Мольтке-старший как полководец особенно прославился в ходе франко-прусской войны 1870-1871 годов. Эта война, как и все другие, имела свою предысторию. Франция увидела в объединении германских государств вокруг Прусского королевства реальную угрозу для своей безопасности. Париж попытался было сохранить мир дипломатическим путём, однако эти попытки не достигли желаемого результата. Берлин был настроен решительно, и прусская военная машина не сбавляла обороты.

В начавшейся войне Мольтке вновь возглавил полевой штаб прусских вооружённых сил. По заранее составленному плану он быстро мобилизовал полумиллионную армию, которая по железным дорогам была переброшена к границе и в самые короткие сроки смогла начать вторжение во Францию. Париж был застигнут врасплох: французская армия только начинала разворачиваться в соответствии со своими планами мобилизации.

18 августа 1870 года при Гравелоте произошло первое крупное сражение. В нём участвовали 130 тысяч французов под командованием маршала А.Ф. Базена и 1-я и 2-я прусские армии под командованием генерал-фельдмаршала Мольтке. В то время как французы стойко удерживали свои позиции у Гравелота, пруссаки мощной атакой опрокинули их правый фланг у Ронкура и Сен-Прива. Это вынудило французские войска оставить гравелотские позиции и отступить в укреплённый город Мец, где позднее они были блокированы противником.

Сражение при Гравелоте в военной истории известно ещё и под названием битвы у Сен-Прива. Потери наступавших победителей-пруссаков составили 899 офицеров и 19620 рядовых убитыми и ранеными. Французская сторона понесла несколько меньшие потери, которые составили около 12 тысяч человек.

После первого успеха прусская армия в условиях, когда Франция ещё не успела мобилизовать все свои военные силы, окружила и разгромила 1 сентября французские войска у крепости Седан. 27 сентября пруссаки одержали ещё одну крупную победу — у Меца. В плен попало четверть миллиона французских военнослужащих.

В сентябре 1870 года 240-тысячная прусская армия под командованием короля и начальника его полевого штаба осадила Париж. Гарнизон французской столицы насчитывал 400 тысяч человек; во главе его стоял генерал Трошю. Французы храбро оборонялись, делая частые вылазки за линию городских укреплений. Но начальник парижского многочисленного гарнизона даже и не помышлял о контрнаступательных действиях вверенных ему войск: он предпочитал обороняться, а не нападать на врага.

Прусская армия постепенно сужала осадное кольцо и овладевала фортами внешних парижских укреплений. Немецкая тяжёлая осадная артиллерия, состоявшая из 240 орудий, демонстрировала свою разрушительную силу. В конце концов угроза голода заставила гарнизон Парижа капитулировать. Это случилось 28 января 1871 года. За время осады пруссаки потеряли 16 тысяч человек убитыми и ранеными, французы — 10 тысяч человек.

Полководец Мольтке-старший вышел победителем в трех европейских войнах. Он не только являлся фактическим главнокомандующим королевской армией, но и готовил Пруссию к этим войнам. Однако справедливости ради следует отметить, что все противники Пруссии располагали довольно слабыми военными силами.

За одержанные победы генерал-фельдмаршал Хельмут фон Мольтке был удостоен графского титула. Среди прочих военных наград он имел и российский полководческий орден Святого Георгия 2-й степени, данный ему за победу в прусско-французской войне.

Последние 16 лет своего пребывания на посту начальника Генерального штаба Мольтке разрабатывал план военной кампании на случай войны Германской империи против России и Франции, под его руководством готовилось издание по истории войны 1870-1871 годов. У себя на родине он считался общепризнанным военным теоретиком. Его труды входили в обязательную программу обучения в военных училищах и академии.

Генерал-фельдмаршал Мольтке, помимо своих прямых служебных обязанностей, занимался и государственной деятельностью: в 1867-1891 годы избирался членом рейхстага от правых сил — консерваторов; в 1872 году стал наследственным членом прусской палаты господ.

Мольтке-старший известен и как один из крупнейших германских военных теоретиков. В его многочисленных военно-теоретических трудах проводится мысль о неизбежности войн и их «цивилизующей силе». В войнах, считал Мольтке, необходимо использовать все возможности государства, упреждать противника в сроках проведения мобилизации армии и её развёртывании на границе, внезапно начинать военные действия. При этом войскам следовало двигаться к одному пункту с разных направлений: «врозь идти, вместе драться».