Promovido al rango de Mayor (Estados Unidos) poco después de regresar al servicio, Wilson fue gravemente herido, disparado tres veces durante la Batalla de Chickamauga. Después de recuperarse en Wisconsin (durante el cual se casó con Mary Madson, 1843-1903), Wilson regresó en noviembre de 1863 como oficial comandante en funciones del Regimiento Escandinavo durante la Batalla de Rocky Face Ridge, Resaca
y Pickett's Mill (durante el cual el regimiento sufrió bajas particularmente pesadas) antes de entregar el mando al coronel Ole Johnson en julio de 1864. Wilson permaneció con el regimiento, sirviendo en otros 26 enfrentamientos militares, hasta el final de la guerra en 1865.