לאחר ארגון מחדש נרחב במהלך החורף של 1863-1864, ווקר וצבא הפוטומק נלחמו במערכה היבשתית עד מאי ויוני 1864. הקרב על קולד הארבור בתחילת יוני גרם לנזק משמעותי בשורות של חיל חיל השני, ווקר נפצע בברך במהלך הקרב. במערכה ריצ'מונד-פיטרסבורג, ווקר מונה לקולונל. עם זאת, ב-25 באוגוסט 1864, כשהוא רכב למצוא את מייג'ור גנרל ג'ון גיבון בחזית במהלך הקרב השני של תחנת ריאם
ווקר הוקף ונלכד על ידי חיל הרגלים ה-11 של ג'ורג'יה. ב-27 באוגוסט, ווקר הצליח לברוח מעמודת אסירים עם אסיר אחר, אך נתפס מחדש על ידי חיל הרגלים של צפון קרוליינה ה-51 לאחר שניסה לשחות מעבר לנהר אפומטוקס וכמעט טבע. לאחר שהוחזק כאסיר בפיטרסבורג, הוא הועבר לכלא ליבי הידוע לשמצה בריצ'מונד, שם גם אחיו הבכור מוחזק. באוקטובר 1864, ווקר שוחרר עם שלושים אסירים אחרים כחלק מחליפה.