Toen hem in mei 1861 het nieuws bereikte dat zijn thuisstaat Virginia zich had afgescheiden, nam hij ontslag uit het leger en keerde hij terug naar huis. In juli kreeg hij een benoeming als luitenant-kolonel. Hij kreeg het bevel over het 20th Virginia Infantry. Zijn regiment maakte deel uit van brigadegeneraal Robert S. Garnetts brigade die de Noordelijke eenheden onder George B. McClellan bestreden in westelijk Virginia. Toen hij in augustus tijdens de Slag bij Rich Mountain geïsoleerd raakte van Garnetts hoofdmacht, gaf hij zichzelf en zijn regiment over aan de Noordelijken. Hiermee werd Pegram de eerste Zuidelijke officier die krijgsgevangen werd gemaakt. Zijn soldaten werden vrijgelaten, maar hij verbleef gedurende zes maanden in Fortress Monroe.