I efteråret 1863 blev 12. Korps overført til det vestlige operationsområde for at forstærke Unionsstyrkerne, som blev belejret i Chattanooga. I slaget ved Wauhatchie blev Greene såret i ansigtet under et natligt overraskelsesangreb fra den konfødererede hær. Han fik kæben knust og mistede nogle tænder. Efterfølgende kirurgiske indgreb kunne ikke rette op på det, og han led af effekten af sit sår i resten af livet. Efter seks ugers sygeorlov blev han overført til let tjeneste ved krigsretten indtil januar 1865, hvor han sluttede sig til generalmajor William T. Shermans arme i North Carolina. I starten gjorde han tjeneste i staben for generalmajor Jacob D. Cox og han deltog i Kinston, hvor han fik sin hest skudt væk under sig. Ved krigens afslutning havde Greene kommandoen over 3. brigade i Absalom Bairds 3. Division i 14. Korps og han deltog i erobringen af Raleigh og forfølgelsen af general Joseph E. Johnstons arme indtil den overgav sig.