El regimiento fue reclutado para el servicio federal el 12 de julio de 1861, y partió para la sede de la guerra, llegando a lo largo del Potomac el 25 de agosto. El 21 de octubre, sufrió la mayor pérdida entre todos los regimientos federales en la Batalla de Ball's Bluff. En la primavera de 1862, se convirtió en parte del II Cuerpo del Ejército del Potomac y lo acompañó durante la Campaña Peninsular, participando en las Batallas de Seven Pines, Savage's Station
, y Glendale con pérdidas modestas. En abril de 1862, la 1a Compañía de Tiradores de Massachusetts se unió al regimiento, sirviendo con él hasta la primavera de 1863. Pasó la mayor parte del verano en Harrison's Landing, partió en agosto justo a tiempo para perderse la Batalla de Second Bull Run. El regimiento se embarcó en la Campaña de Maryland, donde fue salvajemente flanqueado por los confederados en la Batalla de Antietam, perdiendo más del 50% de sus 600 hombres. Durante la Batalla de Fredericksburg, se mantuvo fuera del asalto principal en Marye's Heights y sufrió relativamente pocas pérdidas. La Batalla de Gettysburg encontró al regimiento enfrentado contra los asaltos del Ejército de Virginia del Norte el 2 y 3 de julio de 1863, con fuertes pérdidas. En 1864, la fuerza del regimiento había disminuido, pero aún se enfrentaba a una campaña rigurosa con acción en la Batalla del Desierto, Spotsylvania, Cold Harbor y el Sitio de Petersburgo. Para el 22 de junio, el regimiento solo podía desplegar a 75 oficiales y hombres. Este pequeño grupo fue capturado en masa ese día cuando fueron flanqueados por una fuerza confederada en el Jerusalem Plank Road. Los supervivientes y los liberados en libertad condicional salieron del servicio federal el 26 de julio de 1864, con sus reclutas y reingresados transferidos al 20o Regimiento de Infantería Voluntaria de Massachusetts.