考中武狀元之后，被授予乾清門頭等侍衛官銜，擔任皇宮守衛將領，但在皇宮并未停留多久。清雍正九年 (1731年)，雍正皇帝為培養鍛煉他的將才，特命他到西北軍營，跟隨大將軍岳鐘琪(時任川、陜總督，肩負平息準噶爾地區叛亂重任)“學習行走”。臨行前，雍正皇帝為了表示對他的器重和厚愛，不僅“恩賞白金”，還“賜孔雀翎甲胃、衣袍諸物”，并“解御佩小荷包賜之”，使之深有受寵若驚之感。雍正皇帝要求他“熟練戎行，講究韜略”，以“成國家有用之才”。齊大勇接旨后，晝行夜馳，趕往岳鐘琪的巴里坤大營。在清軍大舉征伐噶爾丹策零的叛軍時，齊大勇6次奮往爭先，為擊敗叛軍的精銳部隊屢建奇勛。清雍正十二年(1734年)，雍正皇帝念其在外久勞，想招其回京，他堅決要求在軍營中效力，一年后被授命任山西撫標中軍。在山西數載，他“整飾戎行，練習營務”，被“薦列一等”。清乾隆七年(1742年)，升任湖南沅州協副將；上任5個月后其父病亡，回鄉服闕、守孝三載之后，補任江南鎮海將軍中軍副將。清乾隆十二年(1747年)，升任湖廣襄陽總兵，不久又調任陜西興安鎮總兵。一年后，他奉旨率西安、固原、延綏、河州、興漢五鎮官兵，進剿金川藏族首領莎羅奔的反叛部隊，凱旋后于清乾隆十四年(1749年)升任湖廣提督。兩年后，由于其具帥才，統兵有方，而西北多事，被調任陜西固原提督，后又曾任甘肅提督。清乾隆二十三年(1T58年)，他被調補湖廣提督之后，以在固原任內保舉不稱，被削職以參將銜發往巴里坤效力；4年后，又被薦列一等，選授河南營參將。這時，他已年近花甲，自知再回升總兵、提督等重職已無希望，心情極度不佳，但仍在軍營中盡心盡力，頗得朝廷上下及眾官兵敬重。清乾隆三十三年(1768年)，其母病逝，他因在母親病危之際，末得獲準歸探，痛不欲生。回鄉奔喪時，他身染重疾，參加完葬禮后遂一病不起，于次年三月十四日末時辭世，時年66歲。

齊大勇是一個近乎傳奇式的歷史人物，他在生前多次征戰西南，為維護國家的統一作出了一些貢獻。據舊版《昌黎縣志》記載，他“服官三十載，廉潔自矢，區畫軍務巨細精詳，兵民愛之如父母”，“與人交，披肝膽，無粉飾”，不僅“馭士有法”，“又能與之共甘苦”；相傳其“知人善任，一破內外文武拘攣之習，決策萬里，功過明析，莫敢揜冒”。齊大勇還“工書法，于舊拓名筆，尤精鑒別”。