Ricevuti i gradi di sottotenente ("Second lieutenant") nel Corpo del Genio militare degli Stati Uniti, Mackenzie partecipò alle battaglie della Seconda Bull Run, ad Antietam, a Gettysburg, alla Campagna Terrestre e all'assedio di Petersburg nel 1864. Fu ferito a Bull Run, a Gettysburg e a Jerusalem Plank Road. Le sue ferite a Jerusalem Plank Road durante l'assedio di Petersburg gli costarono due dita e furono il probabile motivo del suo soprannome "Bad Hand" (Mano cattiva). A giugno del 1864 ottenne il brevetto di tenente colonnello nell'esercito regolare unionista, motivata dal suo coraggio.