Skriv en fortsættelse til dette afsnit - I løbet af vinteren 1861-62 deltog Willson i at vogte Baltimore og Ohio Railroad og kampagner i Virginia under generaler Nathaniel Banks og John Pope. Han kæmpede i slaget ved Antietam, den 17. september 1862. Den 5. maj 1863 blev han alvorligt såret i slaget ved Chancellorsville Virginia. Han vendte ikke tilbage til tjeneste før i september 1863 under general Joseph Hooker, da XI og XII Korps af Army of the Potomac flyttede vestpå for at forstærke Army of the Cumberland omkring Chattanooga, Tennessee. Der deltog Willson i slagene ved Wauhatchie, Lookout Mountain
Missionary Ridge, Peavine Creek og Ringgold Gap.