Officier de la Légion d'honneur le , Bonnemains passe en Espagne. Il se distingue à la bataille de Burgos, à Truxillo, à Medellín et à Talavera en 1809, ainsi qu'à la bataille d'Algésiras en 1812. Général de brigade le , il reste en Espagne jusqu'au commencement de 1813, puis passe en Italie et fait sous le prince Eugène de Beauharnais les campagnes de 1813 et 1814 en Saxe et en France. Il commande quelquefois l'avant-garde et se fait remarquer à la bataille de Caldiero et à celle de Villafranca, contribue au succès de la bataille du Mincio et est proposé pour le grade de lieutenant-général. Il est commandeur de la Légion d'honneur et chevalier de l'ordre de la Couronne de fer. Le , Bonnemains est fait chevalier de Saint-Louis et obtient pendant les Cent-Jours le commandement d'une brigade de cavalerie sous les ordres du maréchal Grouchy. Jusqu'au dernier moment, il témoigne de son dévouement à la cause de .