Am 9. Juni 1864 trat Dörnberg wieder in den Truppendienst und wurde Kompaniechef im 8. Brandenburgischen Infanterie-Regiment Nr. 64. Im Jahr darauf kam er mit der Beförderung zum Major in den Generalstab der kombinierten Infanteriedivision in Schleswig unter Generalleutnant von Canstein. Am 4. Januar 1866 wurde Dörnberg wieder in den Großen Generalstab und von dort einen Monat später nach Trier in den Generalstab der 16. Division versetzt. Während des Krieges gegen Österreich konnte er sich 1866 bei Münchengrätz und Königgrätz besonders bewähren und erhielt den Kronenorden III. Klasse mit Schwertern. Nach dem Friedensschluss fungierte Dörnberg kurzzeitig als Bataillonskommandeur im Schlesischen Füsilier-Regiment Nr. 38, um dann am 6. November 1866 das Füsilier-Bataillon im 5. Rheinischen Infanterie-Regiment Nr. 65 zu übernehmen. In dieser Stellung avancierte er am 22. März 1868 zum Oberstleutnant und war für die Dauer der Mobilmachung anlässlich des Krieges gegen Frankreich Regimentskommandeur. Er führte seinen Verband bei den Belagerungen von Metz, Thionville und Verdun sowie in den Schlachten bei Amiens, Hallue, Bapaume und Saint-Quentin.