Durante la Segunda intervención francesa, se le concedió el grado de Capitán de Caballería y luchó junto con Díaz contra las tropas del General Leonardo Márquez. El 2 de abril de 1867 las tropas republicanas vencieron al ejército mexicano imperial y Porfirio Díaz tomó la ciudad de Puebla. El General Márquez huyó hacia la hacienda de Zotoluca, en las cercanías de Tlaxco donde se dio una batalla el 8 de abril. Vencido, el general se desplazó hacia Calpulalpan y finalmente fue derrotado en San Lorenzo el 10 de abril. Por participación y logros en esos hechos de armas, del lado republicano, el general Cos otorgó a Plutarco Montiel el grado de Teniente coronel y la más alta condecoración militar del tiempo: la Venera de Honor y Mérito del Ejército Mexicano.