Когда ему исполнилось десять лет, отец, мечтавший, чтобы сын был военным, определил его в Московский кадетский корпус. Он блестяще учился, поражая преподавателей и товарищей разносторонними способностями – писал стихи, прекрасно пел. Именно там у него проявились способности к рисованию. Часто, поправляя чужие рисунки, он получал за это у сверстников лишние булки.
Окончив в 1833 году Кадетский корпус, Федотов в чине прапорщика был направлен в лейб гвардии Финляндский полк, расквартированный в Петербурге. Там он прослужил десять лет (1834–1844). Чтобы отвлечься от скучных, однообразных будней, Федотов много читает, изучает языки, увлекается музыкой, пишет стихи. Но главным увлечением по прежнему остается живопись, и каждую свободную минуту он посвящает рисованию. Он писал портреты своих друзей по полку, «и вот начали уже говорить, что всегда делает похоже».
Казармы Финляндского полка находятся недалеко от Академии художеств. Федотов рисовальные классы посещает «прерывисто». Здесь его привлекало, что «на экзамене номера ставят не по чинам. Сладко недостаточному и без связей человеку попасть туда, где каприз фортуны нипочем. Дорога открыта всякому». Он пробует писать акварелью жанровые сцены из полковой жизни: «Бивуак лейб гвардии гренадерского полка», «Бивуак лейб гвардии Павловского полка» (1841–1842). За акварель «Встреча великого князя Михаила Павловича в лагере лейб гвардии Финляндского полка 8 июля 1837 года» (1838) ему был пожалован бриллиантовый перстень.
Однако эти блистательные успехи не делали его счастливым: «Столица поглотила пять лет моей лучшей молодости… Пока в столице, успокойся сердцем, не жди и не обманывайся».