En diciembre de 1758, le fue encomendado a Wolfe, ahora general, el mando de la campaña contra Quebec, y propuso a Carleton como general adjunto. Nuevamente, Jorge II rechazó la propuesta hasta que Lord Lingonier le hizo cambiar de opinión. Cuando Carleton llegó a Halifax, asumió el mando de seiscientos granaderos; al llegar a Quebec, en junio de 1759 fue nombrado responsable de intendencia y también actuó como ingeniero supervisando la instalación de la artillería. Fue herido en la cabeza durante la Batalla de las Llanuras de Abraham y regresó a Inglaterra en octubre de 1759.