Barnum entre dans l'armée des États-Unis le , en tant que capitaine de la compagnie I du 12th New York Infantry, à l'âge de ; et, par la suite, en , il est promu commandant au sein de ce régiment. Il sert avec distinction à ce poste, y compris lors de la campagne de la Péninsule sous les ordres du major général George B. McClellan, jusqu'au , lorsqu'il est dangereusement blessé par balle à l'ilium, à Malvern Hill, en Virginie. À l'époque, la blessure est censée être mortelle ; son corps est abandonné et tombe aux mains de l'ennemi, mais par la suite, il retourne dans les lignes de l'Union, suffisamment rétabli de sa blessure pour accepter une commission de colonel dans le 149th New York Infantry, le , avec une date de prise de rang au , et entre en service avec le régiment à Syracuse, New York.