Dopo 37 mesi Nino torna a Genova e il padre prova ad iscriverlo nuovamente a scuola. Ma i giudizi non cambiano: Assiduità, assente; diligenza, nessuna; poca esattezza nei doveri religiosi. Non meritevole di passare alle classi superiori. Tomaso decide quindi di arruolare Nino nella Regia Marina Sarda. È il 1° novembre 1838: da allora servirà per anni sei, mesi otto, giorni ventidue con lo pseudonimo Brenta, com’era in uso nella Marina Sarda. In una rissa viene ferito da una coltellata lungo l’arco del labbro superiore: da allora si farà crescere i baffi per coprire la cicatrice.

Nel corso degli anni affina l’uso delle armi, specialmente della sciabola, e riprende anche a studiare, dietro consiglio del comandante Millelire, che l’ha preso in buona. Nel 1843, in servizio al porto di Genova, conosce la quindicenne Adelaide, figlia della sorella Marina: è amore a prima vista. Nel 1844 Nino ottiene un prestito dal fratello Alessandro, che abita a Parigi ed è divenuto facoltoso, così da potersi riscattare dalla leva decennale della marina da guerra. Dopo alcune esperienze nella marina mercantile, nel 1847 Nino raggiunge Alessandro a Parigi. La casa del fratello è frequentata da letterati e uomini politici, italiani e stranieri. Qui conosce Mazzini e si avvicina alla politica. Tornato a Genova, stringe una profonda amicizia con il giovane Goffredo Mameli, col quale condivide l’attivismo repubblicano, anticlericale e antiaustriaco. In occasione della visita a Genova di re Carlo Alberto, Bixio gli si avvicina rivolgendogli le famose parole: Sire, passate il Ticino e siamo tutti con voi!

Sempre in quei giorni si sentono recitare le prime strofe dell’inno composto da Mameli, inizialmente dedicato a Carlo Alberto: Sorgete, Italiani - A vita novella; - D’Alberto la stella - Risplende nel ciel.
Unitosi ai volontari genovesi, Bixio parte per la Prima Guerra d’Indipendenza con il grado di sottotenente, nella Legione Torres. Passato nella Legione Mantovana, si distingue nella battaglia di Governolo. Promosso tenente, con la Legione Zambeccari prende parte ai combattimenti di Vicenza. Nel proprio diario concluderà: 13 giugno - Siamo attaccati a Treviso; si capitola vilmente.