En mayo de 1862, después de la evacuación de Norfolk por las fuerzas del Sur durante la Campaña de la Península, ayudó en la construcción de las defensas de Richmond en el río James alrededor de
El acantilado de Drewry. Poco tiempo después, lideró su brigada en la Batalla de Seven Pines y la Batalla de Malvern Hill. Después de la defensa de Richmond, la brigada de Mahone fue asignada de la división de Huger, a la división de Richard H. Anderson y luchó en la posterior batalla de Second Bull Run, donde Mahone recibió un disparo en el pecho mientras lideraba a su brigada en una carga a través de Chinn Ridge. Pequeño de estatura, y con un peso de sólo 1, fue apodado "Little Billy". Como dijo uno de sus soldados: "Era un soldado a cada centímetro, aunque no había muchos centímetros de él". Otelia Mahone estaba trabajando en Richmond como enfermera, cuando el gobernador de Virginia, John Letcher, envió un mensaje diciendo que Mahone había sido herido en el Segundo Bull Run, pero que solo había recibido una "herida en la carne". Se dice que ella respondió: "Ahora sé que es grave porque William no tiene carne alguna".