Pendant la guerre de Sécession, il fut principalement combattant dans l'Ouest, et a participé à de nombreuses batailles importantes, à Corinthe et Chickamauga. Il commande le IV Corps d'armée lors de la bataille de Franklin. En 1864, il a combattu sous les ordres du général William Tecumseh Sherman, pendant la campagne d'Atlanta puis a été nommé au commandement des corps d'armée du Cumberland. Après la capture de la ville d'Atlanta, William Tecumseh Sherman a expédié Stanley avec ses troupes dans le Tennessee pour protéger cet état contre l'invasion éventuelle de l'Armée confédérée. En remerciement de ses services, le congrès lui a décerné la "" le , un an après qu'il eut pris sa retraite.