La légion a combattu lors de la conquête de la Gaule (de 58 à ), et c'est en s'illustrant dans différentes batailles qu'elle devint la légion favorite de Jules César. Jules César choisit même des légionnaires de cette légion pour l'escorter lors de son entrevue avec Arioviste, chef d'un peuple germanique en Or à cette époque, la cavalerie romaine est composée exclusivement d'allié, en les faisant remplacer par des légionnaires de la legio X, Jules César leur montre une énorme confiance et s'attache leur loyauté. La loyauté de la légion lui étant désormais acquise, Jules César fait participer la légion à presque toutes ses batailles en Gaule: comme dans la phase finale de la bataille de Genève, à la bataille de la rivière Arar ou encore à celle de Bibracte contre les Helvètes (en ). La légion s'illustre également contre Arioviste à la bataille de l'Ochsenfeld (en ) ou contre les Belges à la Bataille de l'Aisne et à la bataille du Sabis (en 57). La legio X eut aussi un rôle important en Bretagne (en 55-54), peut-être à Avaricum, certainement à Gergovie, mais surtout dans le difficile et déterminant combat d'Alésia qui permit la soumission définitive des peuples gaulois à la République romaine en 52. À l'hiver 52-51, la légion hiverna avec la Legio XII Fulminata au camp de Jules César à Bibracte.