Beim Ausbruch des Krieges gegen Frankreich erhielt Kirchbach am 18. Juli 1870 das Kommando des V. Armee-Korps und wurde am 10. August 1870 zum General der Infanterie ernannt. Er nahm hervorragenden Anteil am Gefecht von Weißenburg und an der Schlacht bei Wörth, wo er leicht am Genick verwundet wurde. In der Schlacht bei Sedan (1. September 1870) fiel ihm die Aufgabe zu, nach Norden den Ring zu schließen, der die französische Armee umklammerte, indem er Fühlung mit der von Osten kommenden Maasarmee gewann und der französischen Armee den Weg verlegte. Durch die Besetzung von Versailles 19. September 1870 schloss er die Belagerung von Paris im Südwesten ab und hatte dabei, bis zum 9. Februar 1871, das Hauptquartier von König Wilhelm I. und des Kronprinzen in Versailles zu decken. Er schlug alle Ausfälle der Pariser zurück, auch den letzten großen Ausfall vom 19. Januar 1871 (Schlacht am Mont Valérien). Im Februar marschierte er mit seinem Korps nach Orléans, im März nach Vesoul. Am 16. Mai 1871 erfolgte seine Ernennung zum Kommandierenden General des V. Armee-Korps. Für seine Verdienste in diesem Krieg wurde ihm das Eichenlaub zum Pour le Mérite, das Großkreuz des Württembergischen Militärverdienstordens und das Kommandeurkreuz des Militär-Max-Joseph-Ordens verliehen. Außerdem gewährte ihm der preußischen König eine Dotation in Höhe von 100.000 Talern.