Au début du conflit, William Woods Averell est promu premier lieutenant le . Le , il est affecté au "3rd U.S. cavalry". Il participe à la première bataille de Bull Run en tant qu'officier d'état-major. Il est nommé colonel du "3rd Pennsylvania cavalry" le qu'il commande lors de la campagne de la Péninsule. Il est promu capitaine le . Il commande alors une brigade de cavalerie lors de la campagne d'Antietam. Il est nommé brigadier général des volontaires le . Il participe à la première bataille de Fredericksburg. Il commande une division dans le corps de cavalerie nouvellement créé dans l'armée du Potomac. Il remporte la première victoire de cavalerie de l'Union sur les cavaliers du général J.E.B Stuart lors de la bataille de Kelly's Ford. Il avait choisi le gué de Kelly's Ford en raison de sa connaissance de la géographie et qu'il offrait le chemin le plus court vers le camp ennemi. Il est breveté major le pour bravoure et service méritant à la bataille de Kelly's Ford. Après avoir participé au raid sur Richmond du général Stoneman, il participe à la bataille de Chancellorsville. Mais, le général Hooker, jugeant sa performance sans ardeur, le relève de son commandement. Il participe alors à plusieurs raids en Virginie de l'ouest à la tête d'une brigade de cavalerie dont celui sur Lewisburg. Il est breveté lieutenant colonel le pour les mêmes motifs lors de l'action à Droop Mountain. Le , il dirige un raid contre la base de ravitaillement du général Longstreet sur la "Virginia and Tennessee Railroad".