Han blev tildelt til 2nd U.S. Infantry regiment efter afgangseksamen og gjorde tjeneste med dem i Seminolekrigene og den Mexicansk-amerikanske krig. Selv om han undsagde den amerikanske involvering i den mexikanske krig, blev han forfremmet til premierløjtnant for "fremragende tapperhed ved at erobre fjendtlig artilleri" i Slaget ved Mexico City og fik en midlertidig forfremmelse til kaptajn for Contreras og Churubusco. Han blev derefter posteret til grænseegnene, hvor han deltog i massakren af Pomo indianerne ved Clear Lake i California. Efter at være blevet overført til Fort Riley, Kansas, blev Lyon en trofast slaverimodstander (abolitionist) og Republikaner (med forbindelse til prominente radikale Republikanere) mens han gjorde tjeneste i grænsekrigene, som kaldtes "Bleeding Kansas." I januar 1861 skrev han om udtrædelseskrisen: "Det er ikke længere brugbart at appellere til fornuften, men til sværdet."