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».

Для обеспечения руководства войной Комитет общественного спасения (КОС) составлял планы ведения войны в целом, отдельных кампаний и походов, определял необходимость сосредоточения сил на том или ином направлении, организовывал снабжение войск, контролировал исполнение отданных приказов, распоряжений и директив. Единство в руководстве войной благотворно влияло на успех боевых действий. Карно играл в КОС основную роль по военным вопросам, подходя по-новому к ведению вооруженной борьбы. В условиях разбросанности своих армий он отказался от кордонной стратегии (равномерного распределения сил на театре военных действий), не предусматривавшей создания ярко выраженных ударных группировок войск.

Вместо старого линейного распределения сил с целью прикрытия крепостей и других важных в стратегическом отношении пунктов Карно применяет новый способ ведения войны, заключавшийся в нанесении сильных ударов ударными группировками по неглубокому расположению войск противника. Сущность этого способа ведения войны он сформулировал так: «Нужно уравновесить искусство количеством и вести войну массами людей: направлять в пункты атаки столько войск и артиллерии, сколько можно собрать».

Якобинское военное руководство хорошо использовало распыленность войск противника для создания превосходства в силах над ним на направлениях главных ударов, хотя неприятель в целом и обладал большим численным превосходством. К сосредоточению сил в одном пункте для достижения победы прибегали и раньше, еще со времен Эпаминонда. Заслуга же новой стратегии состояла в применении того же принципа к довольно обширному театру войны, охватывавшему по периметру границы целой и притом крупной по европейским меркам страны. 14 армий действовали то в одиночку, то группами, создание которых достигалось посредством быстрых и внезапных для противника перегруппировок. «Общее правило — это действовать массами и всегда наступательно… использовать каждый случай для штыкового боя и беспрерывно преследовать неприятеля до полного его уничтожения, — говорилось в инструкции Карно от 2 февраля 1794 года командующим армиями. Новый способ ведения войны: сражаться крупными массами, нанося сокрушительные удары штыком, — внушал войскам уверенность в их непобедимости.

Стратегия Карно характеризовалась большими масштабами, четкостью стратегических целей и решительностью их осуществления. Французские полководцы чаще ставят целью боевых действий уничтожение армии противника, они ищут сражений и рассматривают их как средство к достижению цели. Новые черты стратегии пока еще перемешиваются с пережитками кордонной стратегии, но они уже резко отличают военное искусство французской революционной армии от искусства феодально-абсолютистских армий Западной Европы.

Правильный выбор направления главного удара на различных этапах борьбы с сильным и опытным противником, умелая концентрация сил на угрожаемых направлениях, искусное нанесение ударов по наиболее уязвимым местам противника, быстрый и решительный маневр и неотступное преследование разгромленного неприятеля свидетельствовали о высоком стратегическом искусстве военного руководства Французской республики, возглавляемого в 1793—1794 годах Карно.

Уже к осени 1793 года произошел перелом в ходе боевых действий на всех фронтах. Французы не только остановили наступление врага, но и нанесли ему ряд крупных поражений. К концу 1793 года армии интервентов были отброшены за Рейн. На юге французы удержали свои позиции против испанских войск, вторглись в Савойю и овладели Тулоном. Революционная Франция преодолела кризисное состояние своих вооруженных сил и создала массовую армию. Решающую роль в спасении Республики сыграли широкие народные массы, прежде всего крестьянство, составлявшее большинство населения страны, их привлечение якобинским правительством к защите завоеваний революции. Это было обеспечено прежде всего политикой якобинцев, проводимой в интересах основной массы населения Франции, уничтоживших все феодальные права и привилегии дворянства. Декретами Конвента (июнь-июль 1793 года) крестьянам были переданы эмигрантские и общинные земли. И теперь крестьянин с воодушевлением шел в бой против роялистов и интервентов, стремившихся восстановить прежние феодальные порядки в стране. Именно социально направленная политика позволила якобинцам в короткие сроки мобилизовать миллионную армию для защиты революционных завоеваний французского народа.

Карно явился одним из создателей новой ударной тактики революционной армии — тактики колонн и рассыпного строя. Это было крупным шагом в развитии французского военного искусства, значительно опередившего развитие других западноевропейских стран. Построение боевых порядков французскими войсками производилось с быстротой, которая была неизвестна их противникам. Боевой порядок французов отличался гибкостью и подвижностью. Потерпев поражение в бою, они быстро отрывались от противника, а при наступлении неожиданно появлялись на его флангах. С принятием на вооружение новой ударной тактики боеспособность французских войск резко повысилась. Это позволило им добиться крупных успехов в борьбе с коалицией на всех фронтах в ходе кампаний 1793 и 1794 годов. В отчете Карно Конвенту говорилось, что за это время французские революционные войска одержали 27 крупных побед и 120 менее значительных, уничтожили 80 тыс. и взяли в плен 81 тыс. солдат и офицеров противника. Было взято 106 крепостей и больших городов (из них 6 после осады), 230 фортов и редутов, захвачено 3800 пушек, 70 тыс. ружей, около 2 млн фунтов пороха и 90 знамен. На командные должности выдвинулись новые офицеры, преданные Революции; выросли новые генералы, в значительной степени свободные от устаревших взглядов на военное искусство, продолжавших царить в армиях антифранцузской коалиции. И в этом Карно тоже принадлежала немалая заслуга. По его инициативе на высшие командные должности был выдвинут целый ряд способных генералов.

С весны 1794 года начались трения между Карно и сторонниками М. Робеспьера. Причиной тому послужило несогласие Карно с некоторыми военно-политическими шагами якобинского руководства, в частности, он резко выступал против крайностей кровавого якобинского террора, особенно репрессий против высшего командного состава армии. Вследствие этого Карно подвергался ожесточенным нападкам со стороны радикалов как в Конвенте, так и в Комитете общественного спасения. Во время государственного переворота 9 термидора (27—28 июля 1794 года) он выступил против Робеспьера и его ближайшего окружения. После их свержения был избран председателем Конвента. С ноября 1795 года — член Совета старейшин (верхняя палата французского парламента, заменившего Конвент), был избран его председателем. Но вскоре Карно вновь вернулся к военной деятельности, возглавив вновь учрежденное Военное министерство. Находясь на этом посту, он восстановил Политехническую школу, разгромленную во время якобинского террора. Во многом способствовал назначению генерала Наполеона Бонапарта командующим Итальянской армией. В 1796 году избран членом Директории [правительство Французской республики, созданное на основе конституции III года. Существовало с 4 ноября 1795 года до 10 ноября 1799 года. Состояло из 5 членов (директоров), избиравшихся обеими палатами парламента — Советом пятисот и Советом старейшин. Каждый год один из членов Директории выбывал по жребию и подлежал замене путем выборов]. В период руководства Карно Военным министерством французские войска добились новых выдающихся успехов. Так, возглавляемая Наполеоном Бонапартом Итальянская армия одержала блистательную победу в Северной Италии и завоевала ее. Были одержаны значительные успехи и на некоторых других фронтах. Понимая, что после длительной и разорительной войны Франция остро нуждается в передышке, Карно в 1797 году выступил за заключение мира, чтобы восстановить внутренний порядок в стране. Однако его предложение вызвало резко негативную реакцию со стороны большинства членов Директории, заподозривших Карно в сговоре с врагами Франции. Во время государственного переворота 18 фрюктидора (4 сентября 1797 года), вовремя предупрежденный о том, что его ожидает арест и ссылка в Кайенну (Французская Гвиана), он успел бежать в Швейцарию. Когда над этой страной нависла угроза оккупации французской армией, перебрался в Баварию (1798). Жил под чужим именем в Аугсбурге. После государственного переворота 18 брюмера (9 ноября 1799 года) пришедший к власти генерал Наполеон Бонапарт разрешил вернуться на родину всем изгнанникам. В их числе был и Карно, возвратившийся во Францию в конце 1799 года. В апреле 1800 года первый консул Французской республики Наполеон Бонапарт назначил его военным министром. Карно взялся за исполнение возложенных на него обязанностей с присущей ему энергией. Основные усилия он сосредоточил на завершении подготовки армии Наполеона к вторжению в Северную Италию, утерянную французами в 1799 году. Поход этот увенчался полным успехом. Не одобряя стремления Наполеона к единоличной власти, Карно подал в отставку и, не дожидаясь ответа на поданное им прошение, в октябре 1800 года оставил свой пост. По другой версии, Наполеон сам отправил Карно в отставку, заподозрив его в связях с республиканской оппозицией своему режиму. Отойдя от дел, Карно занялся научной работой, склонность к которой проявил еще в юные годы. Его способности в исследовательской работе, особенно в точных науках, отмечали еще наставники в военно-инженерном училище. Он не оставлял своих научных изысканий и в последующие годы, сосредоточившись в основном на исследованиях в области математики и прикладной механики, а затем и фортификации. Труды Карно по проблемам математического анализа, геометрии и механики были высоко оценены научным сообществом. В 1796 году он был избран членом Института Франции (высшее научное учреждение Французской республики, аналог Академии наук) по вакансии отделения физико-математических наук. После бегства из Франции французские академики, или как их тогда называли «бессмертные», (избрание в Институт Франции считалось пожизненным), исключили его из своих рядов. На место Карно был избран Наполеон Бонапарт. Но с возвращением из эмиграции Карно был восстановлен в правах члена Института. В 1802 году Карно был избран членом Трибунала, где продолжал отстаивать республиканские принципы и выступил против пожизненного консульства Наполеона Бонапарта. Встретив сильное противодействие сторонников первого консула, отошел от политической деятельности и удалился в свое небольшое поместье в Бургундии. Жил бедно, продолжал заниматься наукой, поддерживал связи с Институтом Франции и Политехнической школой. Находился под строгим надзором полиции. В 1804 году выступил с протестом против установления Империи и провозглашения Наполеона императором. Но это был глас вопиющего в пустыне, абсолютное большинство французов были за империю. Но, выступая против устремлений Наполеона к авторитарной власти, Карно в то же время был его сторонником по многим другим вопросам, как внешнеполитическим, так и внутренним. И Наполеону это было хорошо известно. Когда один из агентов полиции сообщил в Париж своему начальству, что Карно является участником антиправительственного заговора и об этом было доложено императору, то Наполеон сразу же отверг этот домысел, заявив: «Можно было бы и не наблюдать за человеком, который хотя и принадлежит к числу недовольных, но никогда не примет участия в заговоре».