El març de 1862, el president Lincoln va organitzar l'exèrcit del Potomac en cos, i Heintzelman va rebre el comandament del III cos de l'Exèrcit del Potomac en la Campanya de la Península. El seu cos va exercir un paper destacat en el setge de Yorktown, on Heintzelman i el comandant de la divisió Fitz John Porter van ser els primers a utilitzar el Cos de Globus de l'Exèrcit de la Unió. El cos suportà el pes dels combats a Williamsburg i participà en accions importants a Fair Oaks, Oak Grove i Glendale. El seu cos es va unir temporalment a l'Exèrcit de Virgínia i va participar en la Segona batalla de Bull Run. Va ser nomenat general de brigada en comissió de serveis a l'exèrcit regular per a la batalla de Fair Oaks i major general de voluntaris per a la batalla de Williamsburg. A la Batalla de Glendale, Heintzelman fou ferit al canell per una bala perduda i no va poder usar el seu braç esquerre durant unes setmanes. Després de les Batalles dels Set Dies, va ser ascendit a major general de voluntaris a partir del 5 de maig. La seva popularitat i confiança en l'exèrcit van ser eclipsats per l'agressiva naturalesa dels seus comandants de la divisió subordinada, Joseph Hooker i Philip Kearny, i no va mostrar cap lideratge o destresa tàctica notable a la Campanya de la Península o a la Segon Batalla Bull Run, tot i que després de la retirada de la Unió de Gaines Mill, va ser un dels tres comandants del cos per defensar el llançament d'un contraatac contra l'Exèrcit del nord de Virgínia.