Nach dem Kriegsausbruch gegen Österreich trat er ab Mai 1866 als Kommandeur der 6. Landwehr-Kavallerie-Brigade von neuem in die Armee ein und deckte die Grenze gegen Galizien, seine Reiterei wurde aber durch feindlichen Widerstand bei Oswiecim zum Rückzug gezwungen. Nach dem Frieden wurde Stolberg zum Generalleutnant befördert und am 18. Mai 1867 gleichzeitig zum Kommandeur der 12. Division in Neisse ernannt. Beim Ausbruch des Krieges gegen Frankreich im Juli 1870 wurde er Kommandeur der meist nach seinem Namen benannten 2. Kavallerie-Division. Seine Division war der 3. Armee unter dem Kronprinzen Friedrich Wilhelm von Preußen zugeteilt und erst am 7. August bei Mainz vollständig versammelt. Sie deckte die linke Flanke der 3. Armee bei Sedan und beim Vormarsch auf Paris. Nach der Schlacht bei Coulmiers trat die Division zur neugebildeten Armeeabteilung des Großherzogs von Mecklenburg-Schwerin über und kämpfte im November im Raum Orléans. Danach trat die Division Stolberg unter das Oberkommando der 2. Armee des Prinzen Friedrich Karl von Preußen. Sie deckte Anfang 1871 die Verfolgung des Feindes gegen Westen in Richtung Le Mans.