В Советской Армии с 1965 г. Окончил Омское высшее общевойсковое командное училище в 1969 году. С 1969 года командовал мотострелковым взводом, мотострелковой ротой, мотострелковым батальоном и был заместителем командира мотострелкового полка в Группе советских войск в Германии, Среднеазиатском военном округе, Забайкальском военном округе.
В 1978 году окончил Военную академию имени М. В. Фрунзе. С 1978 года - заместитель командира и командир мотострелковой дивизии. Участвовал в Афганской войне. После возвращения из Афганистана - начальник окружного учебного центра Сибирского военного округа в Омске.
В 1990 — окончил Военную академию Генерального штаба Вооружённых сил СССР. С 1990 года командовал армейским корпусом в Туркестанском военном округе, затем командующий армией (общевойсковой) в Дальневосточном военном округе.
С ноября 1994 года - первый заместитель командующего войсками Забайкальского военного округа. С сентября 1996 года - командующий войсками Забайкальского военного округа. Когда в декабре 1998 года путём объединения Сибирского военного округа и Забайкальского военного округа был создан объединённый Сибирский военный округ с штабом в Чите, генерал-полковник Н. В. Кормильцев был назначен командующим войсками этого округа.
Был одним из немногих генералов ВС России, заявлявших об ошибочности принятого в 1997 году решения об упразднении Главного командования Сухопутных войск. В своем округе Кормильцев сохранил прежнюю систему боевой подготовки сухопутных войск и неоднократно публично заявлял о необходимости возрождения их Главкомата. В апреле 2001 года было принято решение о возрождении Главного командования сухопутных войск, а Н. В. Кормильцев был назначен первым Главнокомандующим Сухопутных войск Российской Федерации - заместителем Министра обороны Российской Федерации. Воинское звание генерал армии присвоено указом Президента Российской Федерации В. В. Путина от 11 июня 2003 года.
В октябре 2004 года подал рапорт об увольнении в запас, из-за несогласия с Министром обороны и начальником Генерального Штаба Вооруженных сил Российской Федерации с очередной реорганизацией структуры Вооружённых сил. Рапорт был удовлетворён.