Boyds spionkarriär började av en slump. Enligt hennes mycket fiktiva berättelse från 1866 hörde en grupp soldater från unionsarmén att hon hade konfedererade flaggor i sitt rum den 4 juli 1861, och de kom för att undersöka saken. De hängde upp en unionsflagga utanför hennes hem. Sedan svor en av männen åt hennes mor, vilket gjorde Boyd rasande. Hon drog fram en pistol och sköt mannen, som dog några timmar senare. En undersökningskommitté frikände henne från mordet, men vaktposter sattes upp runt huset och poliserna höll noga koll på hennes aktiviteter. Hon drog nytta av denna påtvingade förtrolighet och charmade åtminstone en av officerarna som hon i sina memoarer nämnde som kapten Daniel Keily. Hon skrev i sina memoarer att hon stod i skuld till Keily ”för några mycket anmärkningsvärda utgjutningar, några vissna blommor och en hel del viktig information”. Hon förmedlade dessa hemligheter till konfedererade officerare via sin slav Eliza Hopewell, som bar dem i ett urholkat klockfodral. Boyd åkte fast vid sitt första försök att spionera och fick veta att hon kunde dömas till döden, och hon insåg att hon måste hitta ett bättre sätt att kommunicera.
General James Shields och hans stab samlades i salongen på det lokala hotellet i mitten av maj 1862. Boyd gömde sig i garderoben i rummet och tjuvlyssnade genom ett knuthål som hon förstorade i dörren. Hon fick veta att Shields hade beordrats österut från Front Royal i Virginia. Den kvällen red hon genom unionens linjer, använde falska papper för att bluffa sig förbi vaktposterna och rapporterade nyheten till överste Turner Ashby, som spanade efter de konfedererade. Hon återvände sedan till staden. När de konfedererade ryckte fram mot Front Royal den 23 maj sprang Boyd för att hälsa på Stonewall Jacksons män och undvek fiendens eld som satte kulhål i hennes kjol. Hon uppmanade en officer att informera Jackson om att ”Yankee-styrkan är mycket liten Säg åt honom att gå rakt fram så kommer han att fånga dem alla”. Jackson gjorde det och skrev ett tackbrev till henne: ”Jag tackar dig, för mig själv och för armén, för den enorma tjänst som du har gjort ditt land i dag.” För sina insatser tilldelades hon Southern Cross of Honor. Jackson gav henne också positioner som kapten och hedersledamot.
Boyd arresterades minst sex gånger men undvek på något sätt att bli fängslad. I slutet av juli 1862 hade detektiven Allan Pinkerton utsett tre män att arbeta med hennes fall. Hon tillfångatogs slutligen av unionstjänstemän den 29 juli 1862, efter att hennes älskare hade lämnat ut henne, och de förde henne till Old Capitol-fängelset i Washington D.C. nästa dag. En utredning hölls den 7 augusti 1862 angående brott mot order att Boyd skulle hållas i nära förvar. Hon hölls fängslad i en månad innan hon släpptes den 29 augusti 1862, då hon byttes ut vid Fort Monroe. Hon arresterades igen i juni 1863, men släpptes efter att ha insjuknat i tyfus.
I mars 1864 försökte Boyd resa till England, men hon hindrades av en unionsblockad och skickades till Kanada. där hon träffade unionens sjöofficer Samuel Wylde Hardinge. De två gifte sig senare i England och fick en dotter vid namn Grace. Boyd blev skådespelerska i England efter sin mans död för att försörja sin dotter. Efter makens död 1866 återvände hon och dottern till USA. Boyd antog artistnamnet Nina Benjamin för att uppträda i flera städer och hamnade så småningom i New Orleans där hon i mars 1869 gifte sig med John Swainston Hammond, en före detta brittisk arméofficer som stred för unionsarmén under inbördeskriget. De fick två söner och två döttrar; deras första son dog som spädbarn. Boyd skilde sig från Hammond 1884 och gifte sig med Nathaniel Rue High 1885. Hon började därefter turnera runt i landet och höll dramatiska föreläsningar om sitt liv som spion under inbördeskriget.