Когда началась Русско-турецкая война 1877–1878 годов, царь вызвал Тотлебена из имения, в котором тот находился. Эдуард Иванович был противником войны и открыто высказывал свои взгляды, поэтому вначале привлекать его к руководству боевыми действиями не собирались. Неудача под Плевной побудила призвать старого вояку к командованию войсками.

Но, видимо, опасение разрушить ореол  севастопольской славы привело к тому, что действовал он крайне нерешительно, и на этой почве у него были столкновения с  генералами Гурко и Скобелевым. Тем не менее, он получил Георгия 2-й степени,  а после окончания войны был назначен генерал-губернатором в Одессу и командующим Одесским военным округом. В том же году, в день 25-летия первой бомбардировки Севастополя, Тотлебену присвоили графский титул.

Теперь перед ним поставили задачу искоренять крамолу, за что он и взялся с обычным своим усердием. В России судей интересует не то, что в законах прописано, а что власть скажет. Учитывая настроение генерал-губернатора, приговоры политическим преступникам были жестокими. В дни губернаторства Тотлебена 5 человек повесили, 18 послали на каторгу и 8 – на поселение в Сибирь. Усердие царь оценил, и его перевели генерал-губернатором Виленским, Ковенским и Гродненским и командующим войсками Виленского округа. Но командовать долго ему не пришлось. В 1882 году по состоянию здоровья понадобилось ехать за границу лечиться, потом в Вюрцбурге ему сделали сложную операцию. В мае 1883 года Александр III  порадовал его последней наградой – бриллиантовыми знаками к ордену св. Андрея Первозванного. В следующем году Тотлебен переехал в Соден, где 19 июня 1884 года скончался в ужасных страданиях. Его тело перевезли в Ригу для погребения на Петровском лютеранском кладбище, но царь решил иначе.

Его похоронили на Братском кладбище в городе, где он пережил самое тяжёлое время своей жизни и самые звёздные минуты заслуженной славы, не царской, а среди солдат, матросов и офицеров. Память царей преходящая, народная – более долгая. Монумент, о котором мы рассказали вначале, установили 5 августа 1909 года по проекту художника  генерал-лейтенанта Александра Бильдерлинга и скульптора Ивана Шредера, выпускника Пажеского корпуса.