Peu avant le coup d'État du 18 brumaire (), il est envoyé en tant que général de division à l'armée d'Italie, qui est alors sous les ordres du général Championnet. A la mort de celui-ci, étant le plus ancien dans son grade, il prend provisoirement le commandement de l'armée d’Italie jusqu'à l'arrivée du général Masséna. Il commande en Ligurie une des divisions de l’armée, stationnée à Savone. Les hauteurs de la ville sont l'enjeu de plusieurs combats, en particulier les 6 et , les troupes autrichiennes cherchant à se frayer un chemin pour assiéger Gênes. Il tombe bientôt malade et doit être transporté à Gênes pour y être hospitalisé. Il meurt le , lors du siège de Gênes, des suites de ses blessures et du typhus. Son fils cadet, le sous-lieutenant (et futur général) Jean-Baptiste Antoine Marcelin, dit Marcellin Marbot, prend également part au siège et décrit la douloureuse mort de son père dans ses célèbres "Mémoires".