Johnston był entuzjastycznie nastawiony do wybuchu wojny meksykańsko-amerykańskiej. Służył w sztabie generała Winfielda Scotta w
Oblężenie Veracruza, wybrany przez Scotta, by być oficerem niosącym żądanie kapitulacji do gubernatora prowincji. Był w awangardzie ruchu lądowego pod dowództwem generała brygady Davida E. Twiggsa i został ciężko ranny przez grapeshot wykonując rozpoznanie przed bitwą pod Cerro Gordo. Został mianowany podpułkownikiem za swoje działania w Cerro Gordo. Po wyzdrowieniu w szpitalu polowym powrócił do armii w Puebla. Podczas najazdu na Mexico City był drugim dowódcą "U.S. Regiment of Voltigeurs", jednostki składającej się z lekkiej piechoty. Wyróżnił się w Contreras i Churubusco, został ponownie ranny w Chapultepec i otrzymał dwa promocje brytyjskie za te dwa ostatnie spotkania, kończąc wojnę jako brytyjski pułkownik ochotników. (Po zakończeniu działań wojennych powrócił do rangi kapitana inżynierów topograficznych). Winfield Scott zaznaczył wesoło, że "Johnston jest świetnym żołnierzem, ale miał nieszczęśliwy talent do strzelania w prawie każdym starciu". Największą udręką dla Johnstona podczas wojny była śmierć jego siostrzeńca, Prestona Johnstona. Kiedy Robert E. Lee poinformował Johnstona, że Preston został zabity przez meksykański pocisk artyleryjski w Contreras, obaj oficerowie płakali, a Johnston smucił się do końca życia.