В 1792 году стал членом Конвента, где проявил себя как стойкий республиканец. Голосовал за казнь низложенного короля Людовика XVI.
С началом войны революционной Франции против 1-й коалиции европейских держав (апрель 1792 года) Карно отправляется на фронт и участвует в боевых действиях против интервентов.
С осени 1792 года — комиссар Конвента. В годы Революционных войн выполнял эту миссию неоднократно, выезжая на различные фронты. Резко выделялся глубокими знаниями военного дела, энергией и решительностью от многих других комиссаров, являвшихся сугубо гражданскими людьми, не имевшими никакой военной подготовки и зачастую только мешавшими командующим армиями выполнять свои прямые обязанности. Так, в частности, Карно принимал активное участие в организации обороны французских войск в Восточных Пиренеях, затем во Фландрии и ряде других районов.
После измены генерала Ш. Дюмурье (апрель 1793) Карно принял на себя общее руководство французскими войсками в Северной Франции. Затем вместе с генералом Ж. Журданом нанес противнику поражение в сражении при Ваттиньи (15—16 октября 1793 года).
Военные способности Карно были высоко оценены революционным правительством Французской республики. В августе 1793 года он был введен в состав Комитета общественного спасения (высший военно-политический орган республики в период якобинской диктатуры), где с 14 августа 1793 года возглавил стратегическое руководство вооруженными силами Французской республики. На этом посту Карно проявил выдающиеся военные дарования, выдвинулся как крупный военный организатор борьбы французского народа против объединенных сил европейской реакции и внутренней контрреволюции. Он выдвинул план создания массовой армии и явился одним из основных руководителей, воплотивших этот грандиозный план в жизнь. Под его непосредственным руководством были сформированы 14 армейских объединений, проведена военная реформа, в результате которой коренным образом реорганизована и приспособлена к новым условиям вся военная система Франции.
23 августа 1793 года по настоянию Карно Конвент принял декрет о всеобщей военной мобилизации, который объявлял всех французов от 18 до 40 лет мобилизованными на военную службу для спасения революции. Он обязывал встать под ее знамена всех способных носить оружие. В первую очередь призыву в армию подлежали молодые люди в возрасте от 18 до 25 лет, а также неженатые и бездетные мужчины старших возрастов. На основании декрета для нужд армии в каждом административном округе также мобилизовывались запасы продовольствия и фуража. По расчетам Карно, первая мобилизация должна была дать 400—500 тыс. человек, но фактически она дала значительно большее количество призывников. Декретом от 27 сентября 1793 года призывники были размещены по местным гарнизонам, где в течение 2 месяцев они проходили военное обучение. Еще 21 февраля 1793 года был принят закон о слиянии линейных войск и батальонов волонтеров (добровольцев). Однако для его реализации практически ничего не было сделано. Он был воплощен в жизнь только Карно. Слияние проводилось по следующему принципу: каждая рота должна была включать в свой состав 30 линейных солдат и 50 волонтеров. Предполагалось, что волонтеры поднимут морально-боевой дух бывших солдат королевской армии, а те, в свою очередь, передадут свои военные навыки, опыт и дисциплину волонтерам. Солдатам, так же как и добровольцам, предоставлялось право избирать себе командиров. Но в системе выборности командного состава была предусмотрена специальная оговорка в интересах армейских (кадровых) офицеров — одна треть командных должностей замещалась не по выборам, а по старшинству, т. е. офицерами линейных войск. Полки были переименованы в полубригады, состоявшие из 3 батальонов. Это было вызвано необходимостью ликвидировать старую королевскую армию и создать новую — республиканскую, способную защитить и упрочить новый государственный строй. Надо сказать, что первоначально, по декрету 21 февраля 1793 года, слияние предполагалось провести несколько по иному принципу: 1 батальон линейных войск и 2 батальона волонтеров свести в полубригаду. Но Карно не согласился с таким вариантом и настоял на своем, более радикальном: пехота, как и прежде, подразделялась на линейную и легкую. Линейная пехота предназначалась главным образом для действий в сомкнутом строю, а легкая — в рассыпном. В полубригаде линейной пехоты было, как уже отмечалось, 3 батальона по 750 человек в каждом. Батальон состоял из 1 гренадерской и 8 фузилерных (пехотных) рот. Фузилерные роты имели по 86 человек, гренадерская — 62 человека. Полубригада насчитывала 2250 человек. При каждой полубригаде имелась артиллерийская батарея 6-орудийного состава. Полубригада леткой пехоты по своей организации и составу была близка к линейной полубригаде. В дальнейшем, по мере увеличения численности революционной армии, численность батальона возросла до 1067 человек, фузилерной роты — до 120, а гренадерской — до 90 человек. Полубригада стала насчитывать 3200 человек. В 1794 году французской армии было 196 полубригад линейной пехоты (около 630 тыс. человек) и 30 полубригад легкой пехоты (около 100 тыс. человек), а также 1356 орудий. Кавалерия, насчитывавшая около 100 тыс. человек (400 эскадронов), подразделялась на тяжелую и легкую. Последняя составляла почти 3/4 всей численности конницы. Тяжелая кавалерия предназначалась для действий в сомкнутых строях. В коннице была сохранена полковая организация. Полк тяжелой кавалерии состоял из 4 эскадронов и имел численность 700 человек. Полки легкой кавалерии (в зависимости от ее вида) состояли из 4—6 эскадронов и насчитывали до 1400 сабель. Полевая артиллерия делилась на пешую и конную. Полки пешей артиллерии состояли из 20 рот (батарей), в каждой роте по 6 орудий и 96 человек. Полк конной артиллерии состоял из 6 рот, в каждой — по 6 орудий и 60 человек личного состава. Конная артиллерия была более подвижной и использовалась, как правило, в авангарде, арьергарде и резерве. Инженерные войска — саперы, минеры, понтонеры и рабочие роты — входили в состав артиллерии.
Огромный численный рост армии привел к необходимости создания постоянных общевойсковых соединений— дивизий, которые имели в своем составе все три рода войск: пехоту, кавалерию и артиллерию. Они состояли из 2—3 полубригад пехоты, 1—2 полков кавалерии и нескольких артиллерийских батарей, сводившихся в бригады. Такая организационная структура облегчала управление войсками, повышала их маневренность. Включая в свой состав все рода войск, каждая дивизия сделалась как бы «маленькой армией», способной действовать самостоятельно даже против численно превосходящего противника. Из нескольких дивизий формировались армейские объединения. Обычно армия включала в свой состав 4—6 дивизий и имела численность 40—70 тыс. человек. В 1794 году на различных фронтах Французской республики действовали 14 армий. К сентябрю 1794 года общая численность французской революционной армии достигла 1026 тыс. человек (в феврале 1793 года она насчитывала лишь около 230 тыс. человек).
Во многом благодаря усилиям Карно был решен вопрос с вооружением и материальным обеспечением массовой революционной армии. Изменена система снабжения войск продовольствием и фуражом. Старая магазинная система снабжения и лагерного расположения войск была отброшена. Республика не располагала материальными средствами для того, чтобы создавать громоздкие магазины и огромные обозы для их обслуживания. Французская армия перешла к системе реквизиций и расположения бивуаками. Это существенно повысило ее подвижность и маневренность.
Массовая революционная армия не могла воспринять старые способы ведения войны, применявшиеся наемными армиями феодально-абсолютистских государств. Нужны были новые способы стратегического и тактического использования крупных войсковых масс. И Карно это хорошо понимал. Изменение способов использования войск в новых условиях обосновывалось и всячески поддерживалось также и политическим руководством Французской республики, полностью разделявшим взгляды своего главного военного стратега. Так, один из вождей якобинцев Л. Сен-Жюст говорил: «То, что не ново, в новой обстановке вредно… Военное искусство монархии нам не подходит; теперь новые люди и новые враги… И если французский народ страшен в своем порыве, в своей горячности, и если его враги тяжелы, холодны и медлительны, то его военная система должна заключаться в стремительности и натиске».
