Em 1889, Cândido Mariano foi nomeado ajudante da Comissão de Construção das Linhas Telegráficas de Cuiabá a Registro do Araguaia, que era chefiada pelo coronel Gomes Carneiro. Por sua indicação, Rondon veio a assumir a chefia do distrito telegráfico de Mato Grosso, em 1892. Desde então, chefiou várias comissões para instalar linhas telegráficas no interior do Brasil, identificadas, genericamente, pelo nome de Comissão de Construção de Linhas Telegráficas e Estratégicas de Mato Grosso ao Amazonas, mais conhecida como Comissão Rondon.
Ele se destacou pela instalação de milhares de quilômetros de linhas telegráficas interligando as linhas já existentes no Rio de Janeiro, São Paulo e Triângulo Mineiro com os pontos mais distantes do País. Um esforço de grandes proporções para a integração nacional através das comunicações. Ao mesmo tempo em que realizava o trabalho, Rondon fez levantamentos cartográficos, topográficos, zoológicos, botânicos, etnográficos e lingüísticos da região percorrida nos trabalhos de construção das linhas telegráficas. Registrou novos rios, corrigiu o traçado de outros no mapa brasileiro e ainda entrou em contato com numerosas sociedades indígenas, sempre de forma pacífica. Pela sua vasta contribuição ao conhecimento científico, foi alvo de homenagens e recebeu muitas condecorações de instituições científicas do Brasil e do exterior.
A repercussão da obra indigenista de Rondon valeu-lhe o convite feito pelo governo brasileiro para ser o primeiro diretor do Serviço de Proteção aos Índios e Localização dos Trabalhadores Nacionais (SPI), criado em 1910. Nesta função, comandou e traçou o roteiro da expedição que o ex-presidente dos Estados Unidos, Theodore Roosevelt, Prêmio Nobel da Paz em 1906, realizou pelo interior brasileiro entre 1913 e 1914, a Expedição Roosevelt-Rondon.
Também publicou o livro Índios do Brasil, em três volumes, editado pelo Ministério da Agricultura. Incansável defensor dos povos indígenas do Brasil, ficou famosa a sua frase: “Morrer, se preciso for; matar, nunca.”
Entre 1919 e 1925, foi diretor de Engenharia do Exército e, após sucessivas promoções por merecimento, chegou a general-de-brigada em 1919 e a general-de-divisão em 1923.
A Inspeção de Fronteiras foi criada em 1927 para realizar o estudo das condições de povoamento e segurança das fronteiras brasileiras. Rondon ficou responsável por sua organização e chefia. Assim, ele percorreu milhares de quilômetros, do extremo norte do País ao Rio Grande do Sul, a fim de inspecionar pessoalmente as fronteiras.