I maj 1862, efter evakueringen af Norfolk af sydlige styrker under Peninsula kampagnen, hjalp han med opførelsen af forsvaret af Richmond på James River omkring
Drewry's Bluff. Kort tid senere førte han sin brigade i slaget ved Seven Pines og slaget ved Malvern Hill. Efter forsvaret af Richmond blev Mahone's brigade tildelt fra Hugers division til Richard H. Andersons division og kæmpede i det efterfølgende slag ved Second Bull Run, hvor Mahone blev skudt i brystet, mens han førte sin brigade i et angreb over Chinn Ridge. Han var lille og vejede kun 5 kg. Han fik øgenavnet "Lille Billy". Som en af hans soldater udtrykte det: "Han var hver tomme en soldat, selv om der ikke var mange tommer af ham". Otelia Mahone arbejdede i Richmond som sygeplejerske, da Virginia-guvernør John Letcher sendte besked om, at Mahone var blevet såret ved Second Bull Run, men kun havde modtaget et "kødsår". Hun skal have svaret: "Nu ved jeg, at det er alvorligt, for William har ikke noget kød overhovedet".