Н. В. Репнин также принимал участие в русско-турецкой войне 1787-1791 годов. Командуя русскими войсками в Молдавии, он одержал победу на Салче, а также начал штурм крепости Измаил. В это же время Н. В. Репнин совместно с М. И. Кутузовым одержал блестящую победу в знаменитом Мачинском сражении. Лучше всего этот триумф характеризует указ об очередном награждении полководца: «Во уважение особливаго усердия, которым долговременная его служба была сопровождаема, радения и точности в исполнении предложений главнаго начальства, искусства и отличнаго мужества в разных случаях оказаннаго и особливо при атаке с войсками под его командою находящимися армии турецкой под предводительством верховнаго визиря Юсуф-паши за Дунаем при Мачине в 28-й день июня, одержав над нею совершенную победу».
С окончанием войны Н. В. Репнин вновь был отправлен на губернаторскую должность – сначала в Ригу, а затем в Ревель и Литовские земли. Во время польского восстания 1794 года князя-губернатора назначают на должность командующего.
Павел I, взойдя на русский престол, пожаловал Н. В. Репнину чин генерал-фельдмаршала. В 1798 году генералу-фельдмаршалу доверили последнюю важную миссию – возглавлять дипломатическую делегацию в Берлин и Вену с целью создания коалиции против Франции.
Н. В. Репнин скончался в 1801 году в своем имении Воронцово. Погребён генерал-фельдмаршал в Донском монастыре Москвы.