Birney kämpfte in der Zweiten Schlacht am Bull Run, wo er Generalmajor John Popes Army of Virginia unterstützte. Als Kearny in der Schlacht getötet wurde, übernahm Birney das Kommando über seine Division. Durch die Stationierung in Washington, D.C. versäumte er die Schlacht am Antietam, jedoch kehrte seine Division zu Army of the Potomac zurück, um bei Fredericksburg zu kämpften. Birney traf dort erneut auf militärische Disziplinprobleme, jedoch dieses Mal angeblich, weil er sich weigerte einen Angriff von Generalmajor George G. Meades Divisionen auf der linken Flanke der Unionslinie zu unterstützen. Allerdings wurde er durch den III Corps Kommandanten Generalmajor George Stoneman in seinem offiziellen Bericht für "die ansehnliche Weise, in welcher er seine Division behandle" beglückwünscht, so dass er ein zweites Mal einer Bestrafung entging. Birney führte seine Division bei den schweren Kampfhandlungen bei Chancellorsville, wo er mehr Verluste (1607 Mann) erlitt als irgendeine andere Division in der Armee. Als Folge seiner außergewöhnlichen Leistungen bei Chancellorsville wurde er am 20. Mai 1863 zum Generalmajor ernannt.