Après le déclenchement de la guerre de Sécession, McArthur est nommé colonel du 12th Illinois Infantry. Peu de temps après, il est promu au commandement de la première brigade de la division du brigadier général Charles F. Smith et combat lors de la bataille de fort Donelson. Même si la division de Smith est déployée sur le flanc gauche de la ligne de l'Union, la brigade de McArthur est détachée auprès de la division de John A. McClernand pour étendre le flanc droit vers la rivière Cumberland. La brigade de McArthur n'est jamais positionnée correctement et lorsque les confédérés font leur tentative de percée, McArthur et la brigade voisine de Richard J. Oglesby souffrent fortement. Malgré cela, les deux brigades se retirent en relatif bon ordre.