Канонерские лодки Сибирской флотилии получили приказ атаковать занятые повстанцами крепости Таку и Бейтан у Ляодунского залива. А. И. Непенин находился на борту канонерки «Манджур» и командовал десантной ротой, так что ему пришлось принять самое непосредственное участие в штурме китайских укреплений. За этот бой он получил орден Cвятой Анны 3-й степени с мечами. К несчастью, в сражении при Таку погиб двоюродный брат Адриана Ивановича Илья Михайлович Непенин.
Боевое крещение и первая награда мало изменили характер Адриана Ивановича. По воспоминаниям сослуживцев, он оставался тем же бесшабашным удальцом, любителем покутить с друзьями и покритиковать начальство. И все же во внутреннем мире офицера назревали глубокие перемены. Непенин всегда интересовался военно-морской наукой, но теперь начинает систематически изучать статьи в специальных журналах, причем явно сочувствует прогрессивным для того времени идеям адмирала С. О. Макарова. Сам Адриан Иванович впоследствии любил говорить: «Первые три года я бил баклуши, а потом начал служить и всю жизнь свою положил на служение».
В самом начале Русско-японской войны А. И. Непенин был назначен лейтенантом на миноносец «Выносливый», стоявший в бухте Порт-Артура. Таким образом, 33-летний офицер сразу оказался в самой гуще событий. В мае – июне 1904 года он принял участие в целом ряде схваток с японскими кораблями, а в июле был назначен командиром миноносца «Сторожевой». На «Сторожевом» Непенин участвовал в неудачной попытке русской эскадры вырваться из Порт-Артура и уйти во Владивосток. В декабре он руководил действиями по отражению вражеских миноносцев, пытавшихся перегородить вход в бухту минами. За проявленное при этом мужество А. И. Непенин получил орден Святого Владимира 4-й степени и благодарность командования.
Когда в декабре 1904 года русские корабли сделали еще одну попытку прорвать японскую блокаду, «Сторожевому» было поручено сопровождать броненосец «Севастополь». Не желавшие упускать противника японцы 15 декабря первыми напали на русских. Они произвели по «Севастополю» торпедную атаку. «Сторожевой» всеми силами старался поддержать броненосец, но одна из вражеских торпед поразила и его. Непенин проявил изумительное хладнокровие. Уже будучи полузатопленным, его миноносец продолжал вести огонь по врагу, а затем выбросился на прибрежные камни. Командир «Севастополя» Н. О. Эссен ходатайствовал о награждении Адриана Ивановича орденом Святого Георгия 4-й степени, указ о чем состоялся 3 сентября 1905 года.
20 декабря 1904 года Порт-Артур капитулировал. Японцы предлагали пленным офицерам дать честное слово не воевать больше с Японией и тут же отправиться на Родину. Однако нижние чины такими льготами не обладали. В сложившейся ситуации большинство командиров посчитали невозможным покинуть своих подчиненных и отправились в плен вместе с матросами и солдатами. Среди них был и А. И. Непенин, попавший в лагерь у города Матсуяма на острове Сикоку. Только осенью 1906 года вернулся он на Родину.
Война с Японией нанесла русскому флоту страшный урон. Фактически его надо было отстраивать заново. В этой напряженной работе в полной мере раскрылся незаурядный военный талант А. И. Непенина. Он служил старшим офицером на крейсере «Адмирал Корнилов», начальником дивизиона миноносок, командиром канонерской лодки «Храбрый». В январе 1911 года Адриан Иванович занял очень ответственный пост начальника службы связи Балтийского моря.
В то время малочисленная, плохо оснащенная служба связи очень сковывала боеспособность российских кораблей. На всем побережье Финского залива имелось только четыре маломощные радиостанции. В балтийских шхерах, известных своими сложнейшими навигационными условиями, сигналы подавались ненадежными ацетиленовыми прожекторами, а кое-где даже кострами.
Непенин принялся за дело со свойственной ему энергией. Он добивался выделения на связь крупных денежных сумм, подбирал сотрудников, закупал оборудование. При этом Адриан Иванович не боялся конфликтов с самыми влиятельными лицами. По всему Балтийскому флоту ходил анекдот о том, как начальник связи в пылу спора принялся кричать на самого морского министра. Зато в кратчайшие сроки служба связи превратилась в прекрасно организованную систему, включавшую не только радиостанции, но и посыльные суда, морскую авиацию, разведывательную агентуру. С 23 декабря 1913 года – контр-адмирал.
Запуск воздушного змея с корабля с целью разведки противника.
Основатель и с 17 июля 1914 года первый начальник службы связи Балтийского моря. В этом качестве он добился больших успехов.
После гибели легкого крейсера германского флота «Магдебург» на камнях у маяка Оденсхольм русским водолазам удалось найти на дне рядом с кораблем труп шифровальщика, прижимавшего к груди свинцовые переплеты секретных кодов. Командующий Балтийским флотом адмирал Н. О. Эссен приказал передать их капитану 1-го ранга Адриану Непенину, известному на флоте присказкой «Думать-то надо», постепенно урезанной до личного пароля «думато». Он-то и организовал перехват радиосообщений противника.
6 августа 1916 года командующим Балтийским флотом был назначен контр-адмирал Непенин – с производством в вице-адмиралы. И сразу, вместе со своими старыми соратниками по службе связи, он стал готовить фантастическую операцию, которая должна была стать ключевой в кампании 1917 года. Непенин предлагал вывести в море все главные силы флота, поднять в воздух все 108 самолетов «Илья Муромец», нанести удары по тыловым германским морским базам и высадить десант под Кенигсбергом. Однако последующие события так и не позволили ему реализовать эту идею.
За свою службу во время Первой мировой войны А. Н. Непенин был награжден орденами Св. Станислава 1-й степени с мечами (19 января 1915 года) и Св. Анны 1-й степени с мечами (14 марта 1916 года)
Во время Февральской революции и стихийных матросских выступлений в Гельсингфорсе вице-адмирал А. Н. Непенин первоначально присоединился к происходящему перевороту, признав власть Государственной думы. По распоряжению члена революционного Военного комитета Государственной думы Н. В. Некрасова он даже арестовал финляндского генерал-губернатора Франца-Альберта Зейна. 2 марта 1917 года А. Н. Непенин поддержал отречение Николая II от престола. При этом он писал в Морской штаб: «С огромным трудом удерживаю в повиновении флот и вверенные войска. В Ревеле положение критическое, но не теряю надежды его удержать. Всеподданнейше присоединяюсь к ходатайствам великого князя Николая Николаевича, наштаверха и главнокомандующих фронтами о немедленном принятии решения, сформулированного председателем Государственной думы. Если решение не будет принято в течение ближайших же часов, то это повлечет за собой катастрофу с неисчислимыми бедствиями для нашей родины».
4 марта 1917 года адмирал А. Н. Непенин издал приказ следующего содержания: «Считаю абсолютно недопустимым пролитие драгоценной русской крови. От имени нового Правительства Великой и Свободной России еще раз призываю офицеров к спокойствию и единению с командой и категорически воспрещаю пролитие крови, ибо жизнь каждого офицера, матроса и солдата особенно нужна России для победоносной войны с внешним врагом». Однако именно в тот день он был убит в Гельсингфорсском порту группой матросов, которые явились к Непенину, по одним данным для того, чтобы арестовать его, по другим – с требованием, чтобы он отправился с ними в город на митинг.
