Дэвид Стэнли участвовал в нескольких сражениях в штате Миссури, в том числе в сражении при Уилсонс-Крик, где он охранял обозы с боеприпасами. Президент Авраам Линкольн назначил Стэнли бригадным генералом 28 сентября 1861 года, хотя Сенат США не подтвердил это назначение до 7 марта 1862 года. Сражаясь на Западном театре военных действий, он участвовал во многих крупных сражениях. Принимал участие во второй битве при Коринфе в качестве командира пехотной дивизии и в сражении при Стоун-Ривер в качестве командира кавалерийской дивизии. 11 марта 1863 года Стэнли был назначен генерал-майором. В конце 1863 года он заболел и пропустил сражение при Чикамоге. В 1864 году он воевал под командованием Уильяма Шермана в качестве командира дивизии IV корпуса Камберлендской армии во время кампании в Атланте, и 27 июля 1864 года был повышен до командира корпуса. После взятия города, Шерман отправил Стэнли и его IV корпус в Теннесси, чтобы помочь защитить штат от вторжения Теннессийской армии Джона Белла Худа.