Während der Revolutionskämpfe diente er ab 1914 zunächst im Dienstgrad Mayor Médico Cirujano (Oberstabsarzt) als Militärarzt auf Seiten der Revolutionskräfte in mehreren Gefechten, wurde Ende des Jahres zum Oberfeldarzt, 1915 zum Oberstarzt und 1916 zum Generalarzt befördert. Vom 1. Juni 1916 bis zum 11. Dezember 1917 sowie vom 4. Dezember 1920 bis zum 16. Dezember 1934 war er Leiter des Sanitätsdienstes im Secretaría de Guerra y Marina. Osornio Martínez war einer der beiden Begründer der Escuela Constitucionalista Médico Militar, lehrte dort als Professor für Pathologie, medizinische Therapie und Augenheilkunde und war auch Leiter der Hochschule. 1933 und 1934 war er Leiter der "Gaceta Médico Militar", dem Organ des Militärsanitätswesens.