Sturgis wurde im August 1865 aus dem Freiwilligenheer ausgemustert und kehrte in den Dienst des regulären Heeres zurück. Als Oberstleutnant diente er im 6. Kavallerieregiment. 1869 wurde er zum Oberst befördert und erhielt den Befehl über das 7. Kavallerieregiment. Sein Stellvertreter war Oberstleutnant George Armstrong Custer. Custer führte einen Teil des 7. Kavallierregiments in die Schlacht am Little Big Horn. Zu den Gefallenen auf der Seite der Amerikaner zählte auch James G. Sturgis, der Sohn von Samuel Sturgis. Nach der Niederlage am Bighorn übernahm Sturgis persönlich den Befehl über die 7. Kavallerie und führte sie unter Nelson A. Miles in Operationen gegen die Sioux und die Nördlichen Cheyenne.