Buchanan est en poste à San Francisco, en Californie, au début de la guerre de Sécession. Il reçoit l'ordre de partir vers l'est, et son régiment est placé aux défenses environnant Washington, D. C. Il est promu lieutenant colonel dans l'armée régulière le et reçoit le commandement d'une brigade dans ce qui devient l'armée du Potomac. Il participé à la campagne de la Péninsule, y compris la bataille de Yorktown, et à la bataille des Sept Jours, y compris la bataille de Gaines's Mill, la bataille de Glendale, et la bataille de Malvern Hill. Il combat ensuite lors de la campagne de Virginie du Nord dans la seconde bataille de Bull Run.