Vor Petersburg, Virginia wurde er am 10. Juni 1864 zum Kommandeur des 2. Connecticut-Heavy Artillery-Regiments ernannt, ein Regiment, das als Infanterie eingesetzt wurde und während der Kämpfe um Petersburg hohe Verluste erlitt. Mackenzie kommandierte schließlich eine Brigade im VI. Korps während des Shenandoahfeldzuges 1864 und wurde am 19. Oktober 1864 zum Brigadegeneral der Freiwilligen befördert. Zuletzt kommandierte er die Kavalleriedivision der James-Armee bei Petersburg, Five Forks und während des Appomattox-Feldzugs. Für seine Kriegsverdienste wurde er – mit Rang vom 31. März 1865 – zum Generalmajor der Freiwilligen brevetiert.