Ames wurde am 6. Mai 1861 als Leutnant zum 2. US-Artillerie-Regiment versetzt. Mit seiner Batterie nahm er an der Ersten Schlacht am Bull Run teil, bei der er verwundet wurde. Trotz der Verwundung kämpfte er weiter und erhielt dafür als Anerkennung 1893 die Medal of Honor. Während des Halbinsel-Feldzuges im Frühjahr 1862 kämpfte er bei der Belagerung von Yorktown, bei Gaines Mill und am Malvern Hill. Für die dabei gezeigten Leistungen schlug ihn der Artilleriekommandeur der Potomac-Armee, Oberst Henry J. Hunt, zur Beförderung zum Brevet-Oberstleutnant vor, die am 1. Juli 1862 erfolgte.