Cariera militară a lui Wallace a inclus participarea activă în Războiul Mexicano-American și Războiul Civil American. El a fost numit general adjutant al forțelor din Indiana și a comandat Regimentul 11 de Infanterie din Indiana. Wallace, care a ajuns la gradul de general, a participat la Bătălia de la Fort Donelson, Bătălia de la Shiloh și Bătălia de Monocacy. De asemenea, el a făcut parte din comisia militară pentru judecarea conspiratorilor la asasinarea lui Lincoln și a condus ancheta militară asupra lui Henry Wirz, comandant confederat al lagărului de prizonieri de la Andersonville.