Lors du déclenchement de la guerre de Sécession, Heintzelman devient colonel du 17th Pennsylvania Infantry le , et est bientôt promu au commandement d'une division de l'armée de Virginie du nord-est. Il est nommé brigadier général des volontaires le . Il est blessé en juillet 1861 lors de la bataille de Bull Run, mais recouvre bientôt la santé et reprend ses fonctions.