Il VI Corpo, di cui Upton faceva parte, fu distaccato dall'Armata del Potomac e inviato a fronteggiare la minaccia confederata su Washington in connessione con la Campagna della Valle dello Shenandoah del 1864. Nella Terza battaglia di Winchester, Upton assunse il comando della 1ª Divisione, VI Corpo, allorché il suo comandante cadde mortalmente ferito. Upton stesso fu gravemente ferito poco dopo ma rifiutò di essere rimosso dal campo fino al completamento della battaglia. Fu coricato su una barella per la durata dello scontro, dirigendo da lì le sue truppe. La ferita lo allontanò dal comando operativo per un certo periodo ma nel 1865 fu posto al comando di una Divisione di cavalleria sotto James H. Wilson e la guidò durante l'incursione di Wilson in Alabama e nella Battaglia di Selma. Conseguì il brevetto di maggior generale nel marzo 1865.