Корпус был отправлен на Вирджинский полуостров, где был активно задействован в сражении при Йорктауне. В ходе того сражение Хейнцельман впервые использовал воздухоплавательный корпус для наблюдения за противником. Впоследствии корпус участвовал в сражениях при Уильямсберге, при Севен-Пайнс и при Оак-Гроув. 31 мая 1862 года Хейнцельман получил временное звание бригадного генерала регулярной армии за Феир-Оакс. (Позже, 13 марта 1865 года, Хейнцельману присвоили временное звание генерал-майора регулярной армии за Уильямсберг.)