Ved borgerkrigens udbrud gik Birney ind i Unionshæren den 22. maj 1861 som kaptajn i 1. New Jersey Infantry Regiment. Han deltog første gang i slaget ved Bull Run. Forfremmet til major i 4. New Jersey Volunteer Infantry, deltog han i slagene ved Second Bull Run, Chantilly
Fredericksburg og Chancellorsville. I 1863-64 blev han udnævnt til en af tre superintendenter med ansvar for at rekruttere farvede tropper i Unionens hær, og i den egenskab organiserede han syv regimenter. Han blev udnævnt til oberst i den 22. amerikanske farvede tropper. Den 9. juni 1863 blev han udnævnt til brigadegeneral for frivillige, og blev sendt til Maryland for at rekruttere flere sorte tropper. I 1864 marcherede han sine regimenter for at kæmpe i South Carolina som en del af Department of the South. De klarede sig dårligt, men gjorde meget bedre arbejde i kampagner i Florida, herunder slaget ved Olustee.