Birney begyndte Overland kampagnen som divisionskommandør i II Korps, hans III Korps var blevet opløst ved reorganiseringen samme forår. Efter en god indsats i Slaget ved the Wilderness, Slaget ved Spotsylvania Court House, (hvor han blev såret af en granatsplint), og Slaget ved Cold Harbor den 23. juli 1864 gav generalløjtnant Ulysses S. Grant Birney kommandoen over X Korps i Army of the James. Imidlertid fik Birney malaria under belejringen af Petersburg, (nogle kilder siger dysenteri og tyfus). Han blev beordret hjem til Philadelphia og døde tre måneder senere. Han ligger begravet dér på Woodlands Cemetery.