Bei Ausbruch des Amerikanischen Bürgerkrieges trat Birney im Mai 1861 in die Unionsarmee ein, wo er den Dienstgrad eines Captains in der 1. New Jersey Infanterie bekleidete. Seine ersten Kampferfahrungen sammelte er bei der Ersten Schlacht am Bull Run. Nachdem er zum Major der 4. New Jersey Infanterie ernannt wurde, nahm an den Schlachten von Zweiten Bull Run, Chantilly und Fredericksburg teil, sowie als Colonel in der Schlacht bei Chancellorsville. Zwischen 1863 und 1864 war er zu einem von drei Inspektoren ernannt, die zuständig waren, farbige Truppen in die Unionsarmee anzuwerben. In dieser Funktion organisierte er sieben Regimenter. Er wurde zum Colonel der 22. US-Colored Troops ernannt. Am 22. Mai 1863 erhielt er ein Offizierspatent als Brigadegeneral und wurde beauftragt in Maryland mehr schwarze Truppen zu rekrutieren. 1864 marschierte er mit seinem Regiment nach South Carolina, was ein Teil des "Department of the South" war, um dort zu kämpfen. Sie schnitten schlecht ab, erst in den Feldzügen in Florida lief es viel besser ab, einschließlich der Schlacht bei Olustee.