В период кампании 1813 года участвовал в большинстве крупных сражений в Европе, в том числе под Люценом, Бауценом, Дрезденом, Кульмом, в так называемой битве народов под Лейпцигом, а в 1814 году — под Бриенном, Ла-Ротьером, Фер-Шампенуазом, во взятии Парижа. За эту кампанию Олсуфьев получил алмазные знаки Ордена св. Анны 1-й степени. После заключения мира с Францией вернулся в Россию и продолжил свою службу адъютантом великого князя, однако в 1815 году вновь принял участие в походе русских войск во Францию, по возвращении из которого находился при Константине Павловиче в Варшаве. Скончался в этом же городе, незадолго до смерти удостоился ордена св. Владимира 2-й степени.