Après un passage au United States Army War College et une promotion au rang de brigadier-général, il est sélectionné comme officier d'échange en tant que commandant adjoint du III Corps de l'Armée américaine à Fort Hood, au Texas. Dans le cadre de cet échange, il est l'un des rares Canadiens à être déployé en Irak : en effet, dès , Natynczyk se rend à Bagdad, premièrement en tant que directeur adjoint de la stratégie et de la planification, puis en tant que commandant adjoint de la Coalition militaire en Irak pendant l'opération Iraqi Freedom, responsable de 10 brigades pour un total de plus de 35 000 militaires, pour la plupart américains, britanniques et espagnols. Pour son service en Irak entre et , il se voit remettre la croix du service méritoire.
À son retour au Canada, Natynczyk est promu major-général et chargé du Système de la doctrine et de l'instruction de la Force terrestre, principal appareil de formation de l'Armée de terre. Peu de temps après il assume les fonctions de chef de la transformation des Forces canadiennes, un secrétariat interarmes responsable de la restructuration et de l'exécution des politiques de la Défense. En 2006, sous le général Rick Hillier, Natynczyk est promu lieutenant-général et assume les fonctions de Vice-chef d'état-major de la défense.