von Vegesack deltog 1861–1863 i amerikanska inbördeskriget. Den 21 september 1861 inskrevs han i New York som kapten vid "58th Ohio Volunteer Infantry". Innan han lämnade New York utnämndes han till major den 28 oktober i "20th New York Volunteer Infantry Regiment" som vid den tiden var förlagt vid Fort Monroe. Han placerades dock i general John E. Wools stab men begärde förflyttning som avslogs. Istället kommenderades von Vegesack som adjutant hos general Joseph K. Mansfield och deltog i artilleribombardemanget vid det befästade Newport-News, Virginia. Där kunde han den 9 mars 1862 se den berömda striden mellan CSS Virginia och USS Monitor vid Slaget vid Hampton Roads. von Vegesack begärde avsked från sin stabstjänst och anställdes som frivillig i general George B. McClellans Army of the Potomac vid hans belägring av Yorktown.