Al estallar la Guerra Civil en 1861, von Vegesack se fue a los Estados Unidos y se unió al Ejército de la Unión. Se convirtió en capitán del 58o Regimiento de Infantería de Ohio. El mismo año, fue ascendido a mayor en el personal del general John E. Wool. Primero sirvió en Fort Monroe. Como ayudante de campo (ADC) de Joseph K. Mansfield, participó en el bombardeo de artillería de Newport News. En 1862 dimitió, pero luego se unió al mayor general George B. McClellan en su asedio de Yorktown. Como ADC de Butterfield participó en las batallas de Hanover Court House, de Seven Pines y de Fair Oaks. Estuvo en la Batalla de Mechanicsville, el Molino de Gaines, la Estación de Savage
, y la colina de Malvern. Vegesack fue nombrado coronel de la 20a Infantería de Nueva York, el regimiento alemán "Turner". Se le dio el mando de la 3a brigada en la división del general William Farrar Smith del 6o Cuerpo de Ejército. Participó en la Segunda Batalla de Bull Run. Él capturó las alturas fuera de Jefferson, Maryland. Él mostró valor en Antietam. Vegesack estuvo en la Batalla de Fredericksburg. En mayo de 1863 el regimiento de Vegesack fue parte del ala izquierda de Joseph Hooker en la Batalla de Chancellorsville.