Барлоу командовал своей дивизией в сражении при Колд-Харбор и участвовал в осаде Петерсберга. Под Петерсбергом он покидал армию по состоянию здоровья (в июле), но вернулся в строй 6 апреля 1865 года. Во время Аппоматтоксской кампании он командовал 2-й дивизией II корпуса и участвовал в сражении при Сайлерс-Крик. На следующий день его дивизия успела захватить и спасти мост через Аппоматтокс (Сражение при Хай-Бридж), что позволило продолжить преследование и сделало окружение армии Ли неизбежным.