Initialement, on offre à Lowe 30 dollars pour chaque jour d'utilisation de son ballon. Lowe ne demande que 10 dollars or par jour (solde de colonel) à condition d'être autorisé à construire d'autres ballons. Il reçoit la permission de recruter autant d'hommes que nécessaire pour un salaire de 3 dollars par jour. Lowe embauche ainsi son propre père, Clovis Lowe, aéronaute accompli, le capitaine Dickinson, un marin volontaire rencontré à l'époque où il essayait de traverser l'Atlantique, les frères Allen, qui avaient perdu leur ballon alors qu'ils étaient en concurrence pour le poste de chef de l'unité, Eben Seaver et J.B. Starkweather, deux hommes recommandés par les Allen, William Paullin, vieil ami de Philadelphie, John Steiner, aéronaute allemand, et enfin Ebenezer Mason, le surveillant de chantier de Lowe, qui avait besoin d'action.
Lowe assigne à chaque ballon son cantonnement — Fort Monroe, Washington, Camp Lowe près de Harpers Ferry — mais se réserve pour lui-même le front. Il est au service du général McClellan dès Yorktown et jusqu'à la retraite des Confédérés vers Richmond. On fait appel aux ballons pour des champs de batailles de plus en plus éloignés : Eben Seaver est envoyé avec l’Eagle sur le Mississippi. J.B. Starkweather est quant à lui dirigé vers Port Royal, en Virginie, sur le Washington avant le début de la Campagne Péninsulaire.
Lowe pense que les ballons à usage militaire doivent être mieux construits que ceux habituellement utilisés par les aéronautes civils. Ils nécessitent également un entretien particulier pour être utilisés en condition de combat : les ballons à cette époque sont gonflés aux stations municipales d'approvisionnement en gaz, puis doivent ensuite être remorqués par des équipes au sol jusqu'au lieu de la bataille. Lowe se rend rapidement compte du besoin de générateurs d'hydrogène mobiles qui permettraient de remplir les ballons sur leur lieu d'utilisation. Cependant, traiter avec des officiers d'intendance, généralement d'un rang inférieur à celui de major, retarde l'obtention des fonds nécessaires à l'achat de l'équipement.
Lowe est appelé à une nouvelle mission de démonstration, qui va changer le mode d'engagement de l'artillerie de campagne, la rendant beaucoup plus efficace. Le 24 septembre 1861, il est envoyé à Fort Corcoran, au sud de Washington, pour prendre l'air et observer les campements confédérés de Falls Church, en Virginie, situés plus au sud. Une batterie d'artillerie de l'Union se trouve à Camp Advance, sans aucune visibilité sur sa future cible. Lowe doit envoyer des signaux par drapeau à la batterie qui va ouvrir le feu sur Falls Church. Chaque signal indique les ajustements à faire : vers la droite, vers la gauche, plus long ou plus court. Au même moment, des rapports sont télégraphiés aux quartier général du fort. Après quelques corrections seulement, la batterie atteint directement sa cible. Cet épisode est précurseur de l'utilisation d'observateurs avancés pour l'artillerie.
Le jour suivant, Lowe reçoit l'ordre de construire quatre ballons et des générateurs d'hydrogène mobiles. Il se met au travail dans son atelier de Philadelphie. On lui fournit les fonds nécessaires à la commande de la soie d'Inde et des cordages en coton qu'il avait suggérés pour la construction des ballons. Avec tout ça, il faut ajouter la recette de fabrication secrète d'un vernis, qui doit rendre l'enveloppe des ballons étanche. Les générateurs sont construits au Washington Navy Yard par des menuisiers qui créent un engin constitué de tuyauteries en cuivre et de cuves qui, lorsque remplies d'acide sulfurique et de limaille de fer, produisent de l'hydrogène par réaction chimique. Lowe lui-même a conçu ces générateurs, qui sont considérés comme une merveille d'ingénierie. Ils étaient conçus pour pouvoir être chargés dans des caisses pouvant s'adapter facilement à des chariots standard. La construction des générateurs prend cependant plus de temps que celle des ballons.
Le 1er octobre 1861, l’Union, le premier ballon, est prêt à entrer en action. Bien que son générateur de gaz mobile ne soit pas terminé, il est immédiatement requis pour une mission. Il est gonflé à Washington et remorqué de nuit à Lewinsville via le Chain Bridge. Le pont, entièrement couvert, impose aux remorqueurs de ramper sur les poutres supérieures du pont, pour pouvoir traverser le Potomac et se rendre dans le Comté de Fairfax. Le ballon et l'équipe arrivent pendant la journée, épuisés après neuf heures d'une rude épreuve, lorsque, soudain, un gros coup de vent emporte le ballon. Il est récupéré plus tard, mais pas avant que Lowe, humilié par l'incident, se lance dans une tirade pour réclamer des délais d'approvisionnement d'équipement convenables.
Lowe construit en tout sept ballons, dont six seront mis en service. Deux générateurs de gaz accompagnent chaque ballon. Les plus petits, l’Eagle, le Constitution et le Washington, sont utilisés par temps venteux, ou pour des ascensions rapides et à basse altitude d'un seul homme. Leur petite taille permet en effet de les remplir plus rapidement. A contrario, les plus grands ballons — l’Union, l’Intrepid (le ballon favori de Lowe), l’Excelsior, et le United States — emportent des charges plus lourdes, comme l'équipement de télégraphie et un homme supplémentaire comme opérateur. Ils peuvent également s'élever plus haut.
Le United States et l’Excelsior sont entreposés à Washington. Ce dernier finira par être envoyé à Camp Lowe, près de Harpers Ferry, un point d'observation en altitude, comme ballon de secours de l'Intrepid durant l'hiver rigoureux, mais le United States ne sera jamais mis en service. LaMountain fait référence à ces deux ballons dans une diatribe contre Lowe qui prétend que ce dernier les a « mis de côté » afin de pouvoir les racheter comme neuf après la guerre.