Работа в паре. В 1847 году, в возрасте 12 лет, Чокана Валиханова отправляют на учёбу в Омский кадетский корпус. Там его встречает старый друг семьи Валихановых переводчик В. И. Дабшинский, и знакомит с маленьким кадетом Г. Н. Потаниным. Впоследствии Григория Николаевича и Чокана связывала большая дружба. В своих воспоминаниях Потанин писал, что когда Валиханову было 14-15 лет, начальство кадетского корпуса уже пророчило его в крупного исследователя и даже учёного. Учитель истории Гонсевский также очень высоко ценил Чокана и иногда приглашал его к себе домой. Так у Валиханова появлялся доступ к богатой домашней библиотеке Гонсевского. Благодаря этому Чокан смог выучить немецкий и французский языки, познакомиться с трудами А. И. Лёвшина, П. И. Небольсина, А. Гумбольдта, Ж-П. Абель-Ремюзы, Ю. Клапрота и других учёных.
Незадолго до окончания учёбы в кадетском корпусе учитель геодезии К. К. Гутковский познакомил Валиханова с семьёй Я. С. Капустина, на чьей дочери от первого брака он был женат. Вторая жена Якова Семёновича была дочерью И. П. Менделеева. Чокан был частым гостем в доме Капустиных. Другом семьи Капустиных была также О. И. Иванова, дочь декабриста И. А. Анненкова. Она познакомила Валиханова с Ф. М. Достоевским и поэтом С. В. Дуровым, гостившим в доме Ивановых после освобождения из Омского острога. В 1852 году Чокан, по просьбе И. Н. Берёзина, написал статью «Ханские ярлыки Тохтамыша», которая считается первой научной работой Валиханова.8 ноября 1853 года Чокан Валиханов окончил Омский кадетский корпус и стал офицером Российской армии, получив чин корнета.
Окончив кадетское училище, Валиханов был назначен адъютантом генерал-губернатора Западной Сибири Г. Х. Гасфорда. В его основные обязанности входило составлять и отправлять письма от имени Густава Христиановича, а также выполнять функции историографа Западно Сибирской области. Вследствие этого корнет получил неограниченный доступ в Омский архив. Ему было также разрешено уносить домой заинтересовавшие его материалы. Работая адъютантом генерал-губернатора, Валиханов преуспел в изучении истории, географии и экономики тюркоязычных стран.
Параллельно с исполнением обязанностей адъютанта, Валиханов занимался научными исследованиями истории казахского народа. Одним из его капитальных трудов того времени является работа об исследовании родословной казахов, в котором Чокан сопоставил сведения из восточных писаний, русских летописей и казахских народных преданий. В начале 1856 года, после 2-х лет службы адъютантом, благодаря ходатайству Г. Х. Гасфорда, Валиханову был досрочно присвоен чин поручика. 26 мая 1856 года Валиханов записал одну из высокохудожественных частей легенды «Поминка Кукетай хана», и этот день вошёл в историю, как дата первой записи эпоса Манас. Помимо этого Чокан записал ряд других легенд и сказаний кыргызского народа, сделал несколько рисунков. Во время полугодового пребывания в Кашгарии Валиханов хорошо познакомился с местной знатью и другими жителями. Ему удалось собрать важные сведения о населении, кишлаках и дорогах «страны шести городов» (Алтышахар), как называли уйгуры Кашгарию. Исследователь записывал также данные о климате и природе страны, её экономике. Он установил подробности гибели в Кашгаре Адольфа Шлагинтвейта, которому, по приказанию правителя Кашгара, отрубили голову у городской стены. 12 апреля 1859 года, через 11 месяцев после начала путешествия, Чокан Валиханов вернулся в Верный. По итогам экспедиции он написал отчет «О состоянии Алтышара, или шести восточных городов Китайской провинции Нан Лу (Малой Бухарии) (1858—1859)». Труд был высоко оценен востоковедами России и за её пределами и вскоре переиздан на английском языке. по личному распоряжению императора Александра II был награждён орденом Святого Владимира и повышен в чине до штабс-ротмистра.
Чтение Валихановым литературно-художественных и общественнополитических журналов «Современник», «Русское слово», «Эпоха», «Отечественные записки», «Время» и др., игравших большую роль в развитии общественного интереса к истории формировании исторических взглядов интеллигенции, способствовало утверждению демократических взглядов Валиханова.
