Am 6. Juli 2009 unterschrieb Moulson als Free Agent einen Vertrag bei den New York Islanders. Nach vier Spielzeiten und 118 Toren in 304 Spielen für die Islanders wurde Moulson im Oktober 2013 im Tausch für Thomas Vanek an die Buffalo Sabres abgegeben. Dabei erhielten die Sabres zusätzlich noch zwei Draftpicks, einen für die erste Runde 2014 sowie einen für die zweite Runde 2015. Bei seinem NHL-Debüt für die Sabres am folgenden Tag gelangen Moulson bei der 3:4-Niederlage gegen Dallas direkt zwei Tore.