В 1772 году поступил на воинскую службу поручиком в Вятский пехотный полк. Вначале служил  адъютантом капитанского ранга, потом генеральс-адъютантом майорского ранга при графе Я. А. Брюсе. В 1777 году он назначается с чином подполковника командиром батальона Финляндского егерского корпуса. Боевым крещением стал для него поход русских войск 1782 года в Крым.

В 1783 году ему вверяется командование Далматским гусарским полком, который в следующем году переформировывается в Александрийский легкоконный полк. Чин полковника получает в 32 года.

1801 года получает должность инспектора кавалерии Днестровской инспекции, в сентябре того же года производится в генералы от кавалерии.

В 1803 году назначен киевским генерал-губернатором, в 1807 году — рижским. В июне 1808 года он становится главнокомандующим на Кавказской укрепленной линии в Грузии, ставшей частью России. 

В ряды героев Тормасова выдвинула победа под Кобрином. В историю Отечественной войны 1812 года Кобрин вошел как город, где была одержана первая бесспорная победа русской армии над войсками Наполеона Бонапарта 27 июля 1812 года. 3-я обсервационная армия под командованием А. П. Тормасова оказалась в самом тылу и прикрывала юго-западные области России и киевское направление. Ей противостояли австрийский и саксонский корпуса генералов Шварценберга и Ренье. Наполеон значительно просчитался в своих суждениях и недооценил силы и дух Тормасова и его армии. По плану Тормасова, два отряда, возглавляемые генералами К.О. Ламбертом и А.Г. Щербатовым, разными дорогами должны были выйти к Брест-Литовску 13 июля, овладеть городом и повернуть на Кобрин. В то же время с южного направления к Кобрину должны были подойти основные силы 3-й Западной армии во главе с Тормасовым. Еще одному отряду под командованием Мелиссино была поставлена задача произвести отвлекающий маневр в направлении Пинска. Войска Ламберта, Щербатова, Чаплица блестяще справились с поставленными перед ними задачами. Противник был окружен. С юга его прикрыли основные силы под командованием самого Тормасова.