Birney begann den Overland Feldzug als Divisionskommandant des II Corps, sein III Corps hörte nach der Reorganisation im Frühling auf zu existieren. Nach guten Leistungen in Wilderness, Spotsylvania Court House, wo er durch ein Granatenfragment verwundet wurde, und Cold Harbor gab Lieutenant General Ulysses S. Grant am 23. Juli 1864 Birney das Kommando über das X Corps in der Army of the James. Allerdings erkrankte Birney während der Belagerung von Petersburg an Malaria (manchmal als Dysenterie und Typhus angesehen), so dass er nach Hause nach Philadelphia befohlen wurde, wo er drei Monate später verstarb. Birney wurde auf dem "Woodlands Cemetery" beigesetzt.