Zusammen mit General Butler wurde Weitzel 1864 nach Osten zur James-Armee beordert, wo er an den Operationen um Bermuda Hundred beteiligt war (siehe Belagerung von Petersburg). Er führte eine Division im 18. Korps und war Chef der Pioniere der James-Armee. Im August des Jahres 1864 wurde er schließlich zum Generalmajor der Freiwilligen befördert und übernahm das Kommando über das 18. Korps, nachdem General Edward Ord im Kampf verwundet wurde. Am 30. September 1864 hielt sein Korps die Stellung bei Fort Harrison, im Verteidigungsring von Richmond, gegen Angriffe von zwei Divisionen der Konföderierten, die von Robert E. Lee, seinem ehemaligen Direktor, persönlich geführt wurden.