Palmer combat principalement sur le théâtre occidental de la guerre de Sécession. Il fait partie de la garnison qui se rend au fort Donelson le , et est échangé le . Au cours de ce mois d'octobre, Palmer prend le commandement d'une brigade de l'armée du Mississippi. Il combat lors de la bataille de Stones River et est blessé à l'épaule droite et à la jambe droite le . Palmer combat lors de la bataille de Chickamauga à l'automne, et est blessé le , lorsqu'il est de nouveau touché à l'épaule droite.