Untuk satu setengah tahun berikutnya, Carlin memerintahkan Brigade ke-2, Divisi ke-1 dari Korps XX. Dia berpartisipasi dalam Kampanye Tullahoma dan Pertempuran Chickamauga berikutnya. Pada musim gugur tahun 1863, ia bertempur di Lookout Mountain
dan Missionary Ridge selama Pertempuran Chattanooga. Pada musim panas 1864, ia memimpin brigadanya dalam Kampanye Atlanta, mengambil cuti singkat selama kampanye untuk kembali ke Illinois untuk menikah. Dia dipromosikan menjadi komandan divisi sebelum Pertempuran Jonesboro pada bulan September. Dia kemudian mengambil bagian dalam Sherman's March to the Sea dan penangkapan Savannah, Georgia.