Во время сражения при Энтитеме Барлоу командовал двумя полками: 61-м и 64-м нью-йоркскими в бригаде Джона Колдуэлла, всего 350 человек. Они атаковали центр обороны противника и люди Барлоу сумели ворваться на позиции противника на знаменитой «Санкен-Роуд», взяв много пленных. Колдуэлл писал в рапорте: «Полковник Барлоу, умело перестроив фронт, частично охватил правый фланг противника и, после разрушительного анфиладного огня, принудил его к капитуляции. Примерно 300 человек и 8 офицеров, среди них и адъютант генерала Стюарта, были взяты в плен полковником Барлоу, и отправлены в тыл моим помощником, лейтенантом Алвордом. Так же полковником Барлоу было захвачено два знамени». Вскоре Колдуэлл принял командование дивизией (после ранения Ричардсона), передав бригаду полковнику Барлоу, который так же вскоре был ранен.