Awal tahun 1864 terjadi Pertempuran Morton's Ford, pada tanggal 6 dan 7 Februari, dan tiga bulan kemudian Kampanye Overland dimulai. Michigan ke-5 beraksi dalam beberapa pertempuran kampanye ini, termasuk Pertempuran Wilderness pada tanggal 6 dan 7 Mei, Pertempuran Totopotomoy Creek
dari 28 Mei sampai 31, dan Pertempuran Cold Harbor dari 31 Mei sampai 1 Juni. Setelah Pertempuran Pertama Deep Bottom pada tanggal 27 dan 28 Juli, unit ini diperintahkan kembali ke arah Washington, D.C., untuk mengambil bagian dalam Kampanye Lembah Shenandoah Sheridan dari Agustus hingga Oktober. Michigan ke-5 berperang di Pertempuran Trevilian Station, Opequon, Fisher's Hill, dan Cedar Creek. Musim semi berikutnya, pada akhir Maret dan awal April 1865, resimen mengambil bagian dalam serangkaian pertempuran Kampanye Appomattox: di Dinwiddie Court House, Five Forks, Sayler's Creek, Stasiun Appomattox, dan akhirnya Appomattox Court House, yang berakhir dengan menyerahnya Tentara Konfederasi. Setelah berpartisipasi dalam satu ekspedisi terakhir, resimen menuju ke Washington pada bulan Mei, di mana ia mengambil bagian dalam Grand Review of the Armies.