Pendant la guerre américano-mexicaine, Beauregard sert comme ingénieur sous les ordres du général Winfield Scott. Il est breveté capitaine le pour bravoure et conduite méritoire lors des batailles de Contreras et de Churubusco, et major le pour Chapultepec, où il est blessé à l'épaule et à la cuisse. La victoire lors de la bataille de Chapultepec est en partie due à son éloquence à défendre le point de vue du général Scott lors du conseil de guerre du . Il convainc ainsi les officiers généraux réunis de modifier leur plan d'attaque de la forteresse de Chapultepec et cette victoire permet alors la prise de Mexico par les troupes américaines. Il est l'un des premiers officiers à entrer dans la ville. Beauregard considère que ses contributions à des missions de reconnaissance dangereuses et à l'élaboration d'une stratégie pour ses supérieurs sont plus importantes que celles de son collègue ingénieur, le capitaine Robert Lee , il est donc déçu lorsque Lee et d'autres officiers reçurent plus de brevets que lui. Il est promu capitaine le .