Nel luglio del 1864 fu nominato Colonnello del 2nd Connecticut Heavy Artillery. Si spostò con il VI Corpo quando esso si contrappose a Jubal A. Early nella "Washington Raid" nel corso della Battaglia di Fort Stevens, nell'ambito della Campagna della Valle dello Shenandoah (1864). Fu ancora ferito a Opequon. Gli venne affidato il comando della 2ª Brigata, 1ª Divisione, VI Corpo, e fu ancora una volta ferito nella Battaglia di Cedar Creek. Al momento del ricovero fu promosso Brigadier Generale dei Volontari e assunse il comando della Divisione di cavalleria dell'Armata del James, che portò in battaglia a Five Forks e ad Appomattox Courthouse. Ottenne il brevetto di Maggior Generale dei Volontari nel 1865 per i suoi servizi svolti durante la Campagna della Valle dello Shenandoah. Mackenzie fu famoso per la sua rude disciplina e non era per questo particolarmente amato dalle truppe che servivano ai suoi comandi, che lo soprannominarono "Perpetual Punisher" (Punitore perpetuo). Tuttavia era rispettato dai suoi pari e dai suoi superiori per le sue doti di capacità e di abilità, tanto che il Generale Ulysses S. Grant, riferendosi a lui, lo qualificò come "il più promettente giovane ufficiale" dell'intero esercito unionista. Fu ferito sei volte e conseguì sette brevetti militari di promozione.