Během mexiko-americké války se Leonard Ross přihlásil jako dobrovolník do 4. dobrovolného pěšího pluku v Illinois, kde nastoupil v červnu 1846. 4. září 1846 byl povýšen z hodnosti vojína na prvního poručíka velitelem, kapitánem Lewisem W. Rossem, jeho starším bratrem. V dopise své ženě kapitán Ross poznamenal, že Leonard "se velmi dobře těší ze svých poct a bude z něj velmi dobrý důstojník. Chybí mu důstojnost, kterou mu dávám co nejrychleji z přebytku, který jsem měl z toho článku". Leonard Ross následně hrál významnou roli v řadě bitev, včetně obléhání Veracruzu
a bitvu u Cerro Gorda. Podle poznámky na volební listině podepsané kapitánem Rossem a datované 30. dubna 1847, poručík Ross poslal svou rezignaci do tohoto data a již se vrátil domů z války. Nicméně, kapitán Ross také poznamenal, že rezignace poručíka Rosse nebyla přijata, takže byl oficiálně považován za nepřítomného bez dovolené, ačkoli zřejmě nebyly žádné nepříznivé důsledky. Rozsáhlý záznam o službě Leonarda Rossa během mexiko-americké války poskytla Státní historická společnost Iowy.