Nach der Schlacht von Gettysburg erhielt Marston den Auftrag, ein Gefangenenlager in Maryland zu errichten, das später als Point Lookout bekannt wurde. Die Oberaufsicht über die Aktivitäten in diesem Gebiet führte Generalmajor Benjamin Franklin Butler. 1864 führte Marston eine Brigade im XVIII. Korps unter Generalmajor William Farrar Smith, das beim Bermuda-Hundert-Feldzug zum Einsatz kam. Er war außerdem an der Schlacht von Cold Harbor beteiligt, die für seine Brigade mit schweren Verlusten endete. Während der Zweiten Schlacht von Petersburg war er zeitweise Kommandeur der 1. Division des XVIII. Korps. Im Anschluss befehligte er die Unionseinheiten, die auf dem nördlichen Ufer des James eingesetzt waren und wurde später erneut Kommandeur der 1. Division, mit der er an der Zweiten Schlacht von Fair Oaks im Oktober 1864 teilnahm. Nachdem er wieder in den Kongress gewählt worden war, nahm er 1865 seinen Abschied aus dem Militärdienst; für seinen Einsatz im Krieg wurde er vom Staat New Hampshire besonders gewürdigt.