Во время гражданской войны Элвелл Отис стал капитаном в 140-м Нью-Йоркском полку, участвовал в сражениях при Фредериксберге, Чанселорвилле и Геттисберге. 23 декабря 1864 года получил звание подполковника, а после гибели полковника в битве при Спотсильвейне возглавил полк. Во время осады Петерсберга Элвилл Отис возглавил 1-ю бригаду, и в сражении при Пиблс-Фарм был серьёзно ранен, что не позволило ему более принимать участия в боевых действиях.