Cuando estalló la Guerra Civil en 1861, Stevens fue comisionado nuevamente en el ejército, esta vez como coronel del 79º Regimiento de Voluntarios de Nueva York, conocidos como los "Highlanders". Se convirtió en brigadier general el 28 de septiembre de 1861, y luchó en la Batalla del Fuerte Pulaski. Stevens fue promovido a mayor general el 4 de julio de 1862, sirviendo bajo el mando del mayor general John Pope en la Campaña del Norte de Virginia y en la segunda batalla de Bull Run. Murió combatiendo en la batalla de Chantilly en Virginia mientras recogía los caídos colores de su antiguo regimiento, gritando: «¡Highlanders, mis Highlanders, seguid a vuestro general!». Cargando con sus tropas mientras portaba la Cruz de San Andrés, Stevens fue alcanzado en la cabeza por una bala y murió al instante. Está enterrado en Newport, Rhode Island.