Pada tahun 1860, Parnell tiba di Amerika Serikat dan bergabung dengan Angkatan Darat AS di Brooklyn, New York ketika Perang Saudara Amerika dimulai pada tahun berikutnya. Dia menjadi anggota 4th Regiment New York Volunteer Cavalry, yang dikenal sebagai "Dickel's Mounted Rifles", yang melayani terutama dengan Army of the Potomac. Selama dua tahun pertama perang, ia adalah bagian dari kampanye Kolonel Louis Blenker di Lembah Shenandoah dan Virginia Barat. Dia juga berperang di pertempuran Cross Keys, Port Republic, Cedar Mountain, dan Pertempuran Bull Run Kedua. Dengan Korps Kavaleri, ia juga bertempur di pertempuran Fredericksburg, Beverly Ford, Brandy Station, Stoneman's Raid, Aldie, dan Middleburg. Pada tanggal 21 Juni 1863, ia ditangkap setelah memimpin serangan kavaleri yang gagal di Pertempuran Upperville dan ditahan sebagai tawanan perang. Dia melarikan diri dua bulan kemudian dan menuju ke Petersburg, Virginia Barat di mana dia bertemu kembali dengan resminya. Dia kemudian berperang di pertempuran Wilderness, Spotsylvania, Trevilian Station, Petersburg, Lee's Mills, Winchester
dan Cedar Creek di antara keterlibatan lainnya.