Wkrótce po przybyciu do Filadelfii, 24 września 1776 otrzymał zadanie opracowania fragmentu ufortyfikowania miasta (rejon rzeki Delaware). Następnie pracował przez całą zimę 1776 roku przy fortyfikowaniu Filadelfii.
Na wiosnę 1777 roku Kościuszko został wysłany na północ nad granicę kanadyjską pod wodzą generała Horatio Gatesa. Przez wiele miesięcy Kościuszko fortyfikował różne obozy wojskowe Armii Kontynentalnej. Rozgłos przyniósł mu wkład jego prac fortyfikacyjnych do amerykańskiego zwycięstwa w bitwie pod Saratogą. Wyrazem uznania dla jego umiejętności inżynierskich było powierzenie mu budowy silnej twierdzy West Point nad rzeką Hudson. Decyzję taką poparł naczelny wódz armii amerykańskiej, Jerzy Waszyngton.
W lecie 1780 ze względu na zabranie pracowników budowy twierdzy przez Jerzego Waszyngtona poprosił prezydenta Stanów Zjednoczonych o przeniesienie do armii południowej generała Horatio Gatesa (relacje Kościuszki z Waszyngtonem był od tego momentu dość chłodne). Tu także jego umiejętności inżynierskie pozwoliły odnosić Amerykanom zwycięstwa. Jako pułkownik najbliższe kontakty zawodowe utrzymywał z Nathanaelem Greenem. Jako jedyny wyższy rangą dowódca nie otrzymał awansu – musiał dopiero zwrócić się pisemnie o to z prośbą do Jerzego Waszyngtona, który przedstawił sprawę Kongresowi.