Bereits kurz nach Ausbruch des Sepoy-Aufstandes wurde eine Fliegende Kolonne unter Chamberlain aufgestellt, um überall gegen die aufständischen Truppen vorzugehen. Später, während des Aufstandes, fungierte Chamberlain, inzwischen zum Obersten avanciert, als Generaladjutant der bengalischen Armee und wurde beim Ausfall aus Delhi am 18. Juli 1855 schwer verwundet. Er zeichnete sich dann in den Kämpfen gegen die Bergstämme aus, wurde 1872 Generalleutnant, 1875 Mitglied des Regierungsrats von Madras und erhielt in demselben Jahr das Kommando der Armee von Madras. 1878 wurde er zum Chef der britischen Gesandtschaft nach Kabul ernannt, die 21. September von einem Offizier des Emirs Schir Ali zur Umkehr genötigt wurde.