Stevens a mérnökök hadtestének adjutánsa volt a mexikói-amerikai háborúban, akcióban vett részt a Vera Cruz ostromában és a Cerro Gordo-ban, Contreras-ban, és
Churubusco. Az utóbbi harcban felkeltette a feletteseinek a figyelmét, akik kapitány rangdal jutalmazták. A Chapultepec-i csatában ismét kitüntetést kapott a hőstetteiért, ezúttal őrnagy rangjára. Stevens részt vett a Molino del Rey-i csatában és a Mexikóvárosért vívott csatában, ahol súlyosan megsebesült. Később könyvet írt kalandjairól, a "Campaigns of the Rio Grande and Mexico, with Notices of the Recent Work of Major Ripley" (New York, 1851) címmel.