Longstreet palveli erinomaisesti Meksikon-Amerikan sodassa 8. jalkaväkirykmentin kanssa. Hän taisteli Zachary Taylorin alaisuudessa luutnanttina Palo Alton taistelussa toukokuussa 1846.
ja Resaca de la Palman. Hän kertoi molemmista taisteluista muistelmissaan, mutta ei kirjoittanut mitään henkilökohtaisesta roolistaan niissä. 10. kesäkuuta Longstreet sai komennon William J. Worthin toisen divisioonan kahdeksannesta jalkaväkijoukosta. Hän taisteli jälleen Taylorin armeijan kanssa Monterreyn taistelussa syyskuussa 1846. Taistelun aikana noin 200 meksikolaista keihästäjää ajoi amerikkalaisjoukkojen ryhmän takaisin. Longstreet johti vastahyökkäystä tappamalla tai haavoittamalla lähes puolet keihämiestä. 23. helmikuuta 1847 hänet ylennettiin ylimmäiseksi luutnanttiksi. Kenraali Winfield Scott määräsi Worthin divisioonan Taylorin armeijasta ja hänen suorana komennollaan osallistumaan hyökkäykseen Meksikon pääkaupunkiin Mexico Cityyn. Worthin divisioona lähetettiin ensin Lobos Islandille. Sieltä se purjehti 289,7 kilometriä etelään Veracruzin kaupunkiin. Worth johti Scottin armeijaa amfibiohävittäjänä kohti kaupunkia ja saapui sinne 9. maaliskuuta. Scott piiritti kaupungin ja pommitti sitä säännöllisesti. Se antautui 29. maaliskuuta. Yhdysvaltain armeija marssi sitten pohjoiseen kohti pääkaupunkia. Elokuussa Longstreet osallistui Churubuscon taisteluun, joka oli ratkaiseva taistelu, kun Yhdysvaltain armeija siirtyi lähemmäs Meksikon kaupungin valtaamista. Kahdeksas jalkaväki oli ainoa Worthin divisioonan joukko, joka saavutti Meksikon maanrakenteet. Longstreet kantoi rykmentin lippua voimakkaan Meksikon tulituksen alla. Sotilaat joutuivat juuttumaan ojaan, - ja he pystyivät ylittämään Meksikon puolustuksen vain seisomalla toistensa päälle. Jälkeenpäin käydyssä rajuissa taisteluissa amerikkalaiset voittivat. Longstreet ylennettiin kapteeniksi Churubuscon taistelussa.