米墨戦争のときは工兵司令部の副官であり、ベラクルス包囲戦やセルロ・ゴードの戦い、コントレラスの戦い、チュルブスコの戦いに参戦した。チュルブスコの戦いでは上官の注目を引き、大尉への名誉昇進を果たした。チャプルテペクの戦いでは再度その勇敢さがうたわれ、少佐に名誉昇進した。さらにモリノ・デル・レイの戦いやメキシコシティの戦いに参戦し、メキシコシティでは重傷を負った。スティーブンスは後にその体験を「リオグランデとメキシコでの作戦、リプリー少佐の近作に関する注釈」という題で本に著した（ニューヨーク、1851年）。