Nach der Annexion des Königreichs Hannover trat Hammerstein am 9. März 1867 in preußische Dienste und wurde im Leib-Grenadier-Regiment (1. Brandenburgisches) Nr. 8 angestellt. Mit seiner Beförderung zum Hauptmann folgte am 22. März 1868 die Ernennung zum Chef der 1. Kompanie. In dieser Eigenschaft nahm Hammerstein 1870/71 am Krieg gegen Frankreich teil. Er kämpfte bei Spichern und wurde bei Vionville leicht verwundet. Anschließend nahm er an den Schlachten bei Gravelotte, Beaune-la-Rolande und Orléans teil. In den Kämpfen des III. Armee-Korps bei Mazangé konnte sich Hammerstein am 6. Januar 1871 besonders bewähren und erhielt das Eiserne Kreuz I. Klasse. Seine Kompanie hatte dabei schwere Verluste zu verzeichnen und er selbst wurde schwer verwundet.