Großheim nahm 1864 auf preußischer Seite als Militärarzt am zweiten Deutsch-Dänischen Krieg teil und wurde für seinen Einsatz mit der Kriegsdenkmünze für 1864 ausgezeichnet. Im Jahr 1867 wurde er Stabs- und Garnisonsarzt in Sonderburg, das unter dem Namen Nordschleswig () als Folge des Krieges zur preußischen Provinz Schleswig-Holstein gehörte.