Coronel do Regimento em 1799, participa na Guerra de 1801, tendo comandado o seu regimento na malograda incursão na Galiza, comandada pelo general Gomes Freire de Andrade, que de acordo com ordens do marquês de La Rosière, tinha intenção de informar-se da possibilidade de uma acção ofensiva portuguesa pelo lado da Veiga de Chaves. A incursão correu mal, e Agostinho Luís da Fonseca foi considerado incapaz por Gomes Freire. Não foi o único, os dois generais comandantes da Divisão de Trás-os-Montes, de que Gomes Freire comandava um destacamento, foram também acusados, sendo estes apelidados de cobardes. 

Como é natural não fará parte do novo Exército  português criado por Junot, o marquês de Alorna e Gomes Freire em 1808, e que partiu para França em Abril desse ano. Com a revolta que provocou a Restauração da Casa de Bragança em Portugal, organizará o seu regimento e dirigiu-o para o Porto e Coimbra sendo o mais forte regimento do «Exército de Operações» de Bernardim Freire de Andrade. Não acompanhou o exército na sua deslocação para Sul, ficando em Coimbra como Governador, sendo coadjuvado pelo Major Franzini, sub-chefe do Estado-Maior do Exército comandado pelo marquês de Alorna, que tinha abandonado a futura Legião Portuguesa em Salamanca e regressado a Portugal.

Em 1809, defendeu com Silveira a Ponte de Amarante contra as investidas de Loison. Em 1810 comanda a Brigada formada por  Infantaria 2 e 14 e que ficará conhecida pela designação de «Brigada do Algarve», estando presente na Batalha do Buçaco. Em 1811 dirige a mesma Brigada na Batalha de Albuera e no primeiro cerco de Badajoz.

Em 1812, já com 60 anos, é recomendado por Beresford para o governo militar da Cidade de Aveiro, devido à sua idade avançada e aos bons serviços em campanha. Era também sub-inspector das Milícias da Beira e Trás-os-Montes, e por isso adjunto de D. Miguel Pereira Forjaz, que ainda exercia o cargo de Inspector geral das Milícias. Em 1816 será nomeado, por Carta Régia, Inspector geral interino, que ocupa até 1820 data em que devido ao Pronunciamento do Porto as Milícias são extintas. Voltará a ser nomeado para a inspecção em 1823 após a Vila Francada, por um curto espaço de tempo. Em 1828 ocupava o cargo de Governador das Armas da Beira Alta, tendo prendido os estudantes que mataram os professores da Universidade de Coimbra, que se dirigiam a Lisboa para saudar o regresso de D. Miguel a Portugal. Em 19 de Maio desse mesmo ano teve de abandonar a província e dirigir-se para Trás-os-Montes devido ao pronunciamento, em defesa da Carta Constitucional e da rainha D. Maria II, dos batalhões de Caçadores 7 e 9. Foi exonerado do governo das armas da província em fins desse mesmo ano retomando o seu cargo de Inspector das Milícias. Em Novembro de 1831 foi nomeado Conselheiro de Guerra, a forma tradicional em Portugal de pagar os longos serviços militares. Nesse ano, o tenente general Fonseca teria feito 80 anos.