Efter at være blevet forfremmet til generalmajor efter Gettysburg den 8. august 1863, kommanderede Warren II Korps fra august 1863 til marts 1864 i stedet for den sårede generalmajor Winfield S. Hancock og udmærkede sig i slaget ved Bristoe Station. (Den 13. marts 1865 blev han udnævnt til foreløbig generalmajor i den regulære hær for sin indsats ved Bristoe Station.) Under Mine Run kampagnen blev Warren's korps beordret til at angribe Lees hær, men han fornemmede, at der var blevet lagt en fælde og afviste ordren fra generalmajor George G. Meade. Selv om Meade først blev vred på Warren, vedgik Meade siden, at Warren havde haft ret. Efter at Hancock kom tilbage fra sin rekonvalescens, og Army of the Potomac blev reorganiseret, overtog Warren kommandoen over V Korps. Han førte V Korps gennem Overland kampagnen, Belejringen af Petersburg og i Appomattox kampagnen.