Am Anfang des Amerikanischen Unabhängigkeitskrieges (1775–1783) führte Putnam ein Regiment der Connecticut-Miliz. Nach den Gefechten von Lexington und Concord führte er als Brigadier die Miliz nach Boston und wurde mit Ward, Lee und Schuyler zu den ersten Generalmajoren der Aufständischenarmee befördert, was damals deren höchster Rang war. Er kämpfte in den Schlachten von Bunker Hill (1775) und Long Island (1776). Nach seiner Niederlage auf Long Island wurde er von Oberbefehlshaber George Washington für Rekrutierungszwecke eingesetzt. 1777 erhielt er wieder ein Kommando während des Saratoga-Feldzugs. Ende 1779 wurde er bei einem Schlaganfall gelähmt, was seine militärische Karriere beendete.