Po rozsiahlej reorganizácii počas zimy 1863-1864, Walker a armáda Potomacu bojovali v pozemnej kampani v máji a júni 1864. Bitka pri Cold Harbore začiatkom júna si vyžiadala značnú daň z radov II. zboru a Walker si počas bitky poranil koleno. V nasledujúcej kampani Richmond-Petersburg bol Walker vymenovaný za brevetového plukovníka. Avšak, 25. augusta 1864, keď jazdil nájsť Maj. Gen. John Gibbon na fronte počas
V druhej bitke pri Ream's Station bol Walker obklopený a zajatý 11. gruzínskou pěchotou. Dňa 27. augusta sa Walkerovi podarilo utiecť z pochodujúcej kolonky väzňov spolu s ďalším väzňom, ale bol znovu zajatý 51. pechotnou jednotkou Severnej Karolíny po tom, čo sa pokúsil preplávať cez rieku Appomattox a takmer sa utopil. Po tom, ako bol uväznený v Petersburgu, bol presunutý do neslávne známej väznice Libby v Richmond, kde bol uväznený aj jeho starší brat. V októbri 1864 bol Walker prepustený spolu s tridsiatimi ďalšími väzňami ako súčasť výmeny.