Hij kreeg een aanstelling in de 2nd U.S. Infantry waarmee hij in de Seminole Oorlog en de Mexicaans-Amerikaanse Oorlog diende. Tijdens de Slag om Mexico-City werd hij bevorderd tot eerste luitenant. Na de Slag bij Churubusco en de Slag bij Contreras werd hij gebrevetteerd kapitein. Na de oorlog werd hij naar een buitenpost in Californië gestuurd waar hij de hand had in de Bloody Island Massacre. Daarna werd hij in Fort Riley, Kansas gestationeerd. Tijdens die periode werd hij een voorvechter van anti-slavernij. Lyon werd echter nooit een radicale abolisionist. Hij steunde de Republikeinse Partij terwijl hij deel nam aan de grensconflicten die bekend zouden worden als "Bleeding Kansas." In januari 1861 schreef hij over de crisis:"Het gezond verstand zal niet langer helpen, alleen het zwaard zal de mensen tot rede brengen."