Promosso al grado di Maggiore (Stati Uniti) subito dopo il ritorno in servizio, Wilson fu gravemente ferito, fucilato tre volte durante la battaglia di Chickamauga. Dopo essersi ripreso in Wisconsin (durante il quale ha sposato Mary Madson, 1843-1903), Wilson tornò nel novembre 1863 come ufficiale comandante del reggimento scandinavo durante la battaglia di Rocky Face Ridge, Resaca
e Pickett's Mill (durante il quale il reggimento subì perdite particolarmente pesanti) prima di consegnare il comando al colonnello Ole Johnson nel luglio 1864. Wilson rimase con il reggimento, servendo in altri 26 scontri militari, fino alla fine della guerra nel 1865.