לונגסטריט שירת במלחמת מקסיקו-אמריקה עם חיל הרגלים השמיני. הוא נלחם תחת צ'אצ'רי טיילור כסגן במאי 1846 בקרב בפאלו אלטו.
ורסקה דה לה פאלמה. הוא סיפר על שני הקרבות הללו בזיכרונותיו, אך לא כתב דבר על תפקידו האישי בהם. ב-10 ביוני קיבל לונגסטריט פיקוד על פלוגה א' של חיל הרגלים השמיני של הדיוויזיה השנייה של ויליאם ג'יי וורת'. הוא נלחם שוב עם צבאו של טיילור בקרב מונטריי בספטמבר 1846. במהלך הקרב, כ - 200 חמושים מקסיקנים דחו קבוצה של חיילים אמריקאים. לונגסטריט, שפיקד על מחלקות A ו-B, הוביל התקפה נגדית, והרג או פצע כמעט מחצית מהנחשים. ב-23 בפברואר 1847 הוא הועלה לדרגת סגן ראשון. הגנרל הראשי וינפילד סקוט הורה לדיוויזיה של וורת' לצאת מהצבא של טיילור ולהיות תחת פיקודו הישיר על מנת להשתתף בהתקפה על עיר הבירה המקסיקנית, מקסיקו סיטי. הדיוויזיה של וורת' נשלחה לראשונה לאי לובוס. משם היא הפליגה 289.7 קילומטרים דרומה לעיר ורקרוז. וורת' הוביל את צבאו של סקוט בגישה האמפיבית לעיר, והגיע לשם ב-9 במרץ. סקוט הטיל מצור על העיר והטיל עליה הפצצות קבועות. הוא נכנע ב-29 במרץ. הצבא האמריקאי צעד צפונה לעבר הבירה. באוגוסט, לונגסטריט שירת בקרב צ'רובוסקו, קרב מרכזי כאשר צבא ארה"ב התקרב ללכידת מקסיקו סיטי. חיל הרגלים השמיני היה הכוח היחיד במחלקה של וורת' שהגיע למבנה הקרקע המקסיקני. לונגסטריט נשא את דגל הגדוד תחת אש מקסיקנית כבדה. החיילים מצאו את עצמם תקועים בחפיר ויכלו להתעלות על ההגנה המקסיקנית רק על ידי עמידה אחד על השני. במאבק היד-ל-יד החריף שלאחר מכן, האמריקאים ניצחו. לונגסטריט קיבל קידום ברייט לקפטן על פעולותיו בצ'רובוסקו.