慶應4年（1868年）1月28日，晋升为步兵头。鸟羽伏见之战后，在江戶城召开的会议（）上，小栗忠順、、榎本武揚与大鸟等强硬派主张继续作战。2月28日，大鸟获擢升为步兵奉行（将级军官），成为幕府陆军高层之一（老中一人、若年寄两人、步兵奉行三人）。4月1日，江戶開城，大鸟率领传习队撤出江户，经本所、市川，抵达小山、宇都宮与今市、、会津等地，与、土方歲三等抵抗分子会合，转战各地。8月21日，爆发，传习队遭受新政府军沉重打击，几乎全军覆没，残部撤退到仙台。大鸟部在仙台与榎本武揚部会合，一同渡海前往蝦夷地，大鸟随后在蝦夷共和國任步兵奉行。箱館戰爭期间大鸟率军且战且退，但新政府军紧追不放，连番战斗后，明治2年（1869年）5月18日大鸟率部于五稜郭投降，大鸟本人则被押送至东京，关入军务局纠问所（）的监牢。