Johnston byl nadšený z vypuknutí mexiko-americké války. Sloužil ve štábu generála Winfielda Scotta při obléhání Veracruzu.
, který byl vybrán Scottem, aby byl důstojníkem, který předloží požadavek na kapitulaci provinciálnímu guvernérovi. Byl v předvojsku hnutí do vnitrozemí pod velením brigádního generála Davida E. Twiggse a byl těžce zraněn střelnou palbou při průzkumu před bitvou u Cerro Gordo. Za své činy v Cerro Gordo byl jmenován poručíkem. Po zotavení v polní nemocnici se znovu připojil k armádě v Pueble. Během postupu k Mexico City byl druhým velitelem "US Regiment of Voltigeurs", jednotky složené z lehké pěchoty nebo šarmářů. Vyznamenal se v Contreras a Churubusco, byl znovu zraněn v Chapultepecu a obdržel dvě povýšení za poslední dvě angažmá, ukončil válku jako plukovník dobrovolníků. (Po skončení nepřátelských akcí se vrátil do mírové hodnosti kapitána topografických inženýrů.) Winfield Scott vtipně poznamenal, že "Johnston je skvělý voják, ale měl nešťastnou schopnost nechat se zastřelit téměř v každém zápase". Johnstonův největší utrpení během války byla smrt jeho synovce, Prestona Johnstona. Když Robert E. Lee informoval Johnstona, že Preston byl zabit mexickým dělostřeleckým granátem u Contreras, oba důstojníci plakali a Johnston truchlil po zbytek svého života.