I 1862 blev Vance udnævnt til general William Rosecrans under Tullahoma-kampagnen. Han kæmpede i slaget ved Farmington under belejringen af Korinth. Vance blev derefter tildelt kommandoen over Bardstown, Kentucky fra oktober 1862 til januar 1863, hvor han forsvarede byen mod et konfødereret kavaleriangreb. I marts blev Vance forfremmet til assisterende generalinspektør i 2. brigade, 2. division, XX korps indtil oktober. Han kæmpede med regimentet ved Liberty Gap og Chickamauga, og blev nævnt i depatcher af general William Carlin for sine handlinger under sidstnævnte engagement. Carlin udnævnte Vance til Aide-de-Camp, hvor han tjente indtil juli 1864. Han kæmpede med Carlin ved Lookout Mountain, Missionary Ridge, Resaca
, og Kennesaw Mountain.