McKinleyn ollessa 18-vuotias Etelävaltiot erosivat Yhdysvalloista ja aloittivat pian tämän jälkeen sisällissodan. McKinley värväytyi sodan syttymisen jälkeen armeijaan, jossa hänet määrättiin majuri Rutherford B. Hayesin komentamaan Ohion 23. vapaaehtoisrykmenttiin. Syyskuussa 1862 käydyn Antietamin taistelun jälkeen taistelussa kunnostautunut McKinley ylennettiin vänrikiksi. Sodan päätyttyä vuonna 1865 McKinley sai brevet-ylennyksen majuriksi.