Johnston oli innostunut Meksikon-Amerikan sodan puhkeamisesta. Hän palveli kenraaliluutnantti Winfield Scottin henkilökunnassa Veracruzin piirityksessä.
Scott oli valinnut hänet toimittamaan antautumisvaatimuksen provinssin kuvernöörille. Hän oli prikaatin kenraali David E. Twiggsin johdolla sisämaan eturintamassa ja haavoittui vakavasti viinirasialla, kun hän teki tiedustelua ennen Cerro Gordon taistelua. Hänet nimitettiin everstiluutnanttiksi Cerro Gordossa. Toipumisensa jälkeen kenttäsairaalassa hän liittyi armeijaan Pueblassa. Meksikon kaupunkiin suuntautuvan etenemisen aikana hän oli "U.S. Regiment of Voltigeurs" -yksikön, joka koostui kevyestä jalkaväestä tai taistelujoukoista, toinen komentaja. Hän erotti itsensä Contrerasissa ja Churubuscossa, haavoittui uudelleen Chapultepecissa ja sai kaksi brevettiedistämistä kahdessa viimeisessä taistelussa, lopettaen sodan vapaaehtoisten everstiluokalla. (Vihollisuuksien päättymisen jälkeen hän palasi rauhanaikaiseen kapteeninsa topografisten insinöörien joukkoon.) Winfield Scott huomautti huumorilla, että "Johnston on loistava sotilas, mutta hänellä oli valitettavasti taito saada itsensä ampumaan lähes jokaisessa taistelussa". Johnstonin suurin tuska sodan aikana oli hänen veljenpoikansa Preston Johnstonin kuolema. Kun Robert E. Lee ilmoitti Johnstonille, että Preston oli kuollut meksikolaisen tykistökuurin Contrerasissa, molemmat upseerit itkivät, ja Johnston suree loppuelämänsä.