Podczas wojny wykazał się męstwem służąc jako oficer-inżynier, często będąc narażonym na ostrzał wroga. Przed bitwą pod Contreras i bitwą pod Churubusco awansem tymczasowo uzyskał stopień porucznika, a przed bitwą pod Chapultepec stopień kapitana. Choć przeprowadzał śmiałe misje rozpoznawcze dla generała broni Winfielda Scotta, jego osiągnięcia przyćmił swą bojową postawą kapitan Robert E. Lee.
Służba w czasie pokoju Po wojnie McClellan powrócił do West Point, by objąć dowództwo kompanii utworzonej przy Akademii w celu szkolenia kadetów w działaniach inżynieryjnych. Irytowała go nuda związana ze służbą wojskową w czasie pokoju, chociaż lubił życie towarzyskie. W czerwcu 1851 został wysłany do Fort Delaware, murowanej konstrukcji w budowie, usytuowanej na wyspie położonej na rzece Delaware, około 60 km w dół rzeki od Filadelfii. W marcu 1852 otrzymał rozkaz zgłoszenia się u kapitana Randolpha B. Marcy’ego w Fort Smith w stanie Arkansas, gdzie służył jako zastępca dowódcy podczas ekspedycji w celu odkrycia źródeł Red River. W czerwcu wyprawa dotarła do źródeł północnej odnogi rzeki i Marcy nazwał jeden z jej dopływów strumieniem McClellana (ang. McClellan’s Creek). Gdy 28 lipca badacze powrócili do cywilizacji, z zaskoczeniem dowiedzieli się, że uważano ich za zmarłych.