En abril de 1861, después de la Primera batalla de Bull Run, Barton creó una agencia para obtener y distribuir provisiones a los soldados heridos. El general William Hammond le dio un pase para viajar en las ambulancias del ejército para dar consuelo a los soldados y curarlos. Presionó a la burocracia del ejército estadounidense, primero sin éxito, para traer sus propias provisiones médicas al campo de batalla. Finalmente, en julio de 1862, obtuvo permiso para viajar tras la línea de batalla, llegando a los más sombríos campos de batalla y sirviendo durante los asedíos de Petersburg, Virginia, y Richmond, Virginia. En 1864 el general de la Unión Benjamin Butler la nombró "dama mandante" de los hospitales al frente del Ejército de James.