Da general de Meza ved nytårstid 1864 udnævntes til kommanderende general, havde han ønsket at have Stiernholm til stabschef, men denne blev i stedet for ansat som stabschef hos chefen for 1. Division, generalløjtnant Georg Gerlach, ved hvis side han deltog i kampen ved Mysunde, og det var først efter at denne var blevet overgeneral, at Stiernholm blev stabschef ved overkommandoen. Som sådan tilfalder ham en stor del af ansvaret for ledelsen af Dybbølstillingens forsvar, eftersom han udøvede en betydelig indflydelse på sin general. Hæren hævdede jo fuldt ud nationens ære under den ulige kamp, omend mange senere mente, at forsvaret førtes alt for passivt. Stiernholm anså det for rettest, at stillingen efter 13. april blev rømmet, og Gerlach indgik også med forestillinger derom til ministeriet, men dette forlangte, at et angreb skulle modtages. Senere ville man med urette lægge ansvaret for stillingens hævdelse til det yderste på Stiernholm, som offentligt nedlagde indsigelse herimod. Stiernholm, som var forfremmet til oberstløjtnant og benådet med Kommandørkorset af Dannebrogordenen af 2. grad, havde i det hele taget efter Dybbøls fald en vanskelig stilling lige over for ministeriet, da overkommandoen både havde modsat sig Fredericias rømning og forøgelsen af styrken i Jylland, hvorfor han sendtes til København for direkte at forhandle med krigsminister Carl Lundbye om den fremtidige krigsføring. Kort efter blev denne imidlertid erstattet af C.E. Reich, og overkommandoen fik nu friere hænder.