I det næste halvandet år kommanderede Carlin 2. brigade, 1. division i XX korps. Han deltog i Tullahoma-felttoget og det efterfølgende slag ved Chickamauga. I efteråret 1863 kæmpede han ved Lookout Mountain
og Missionary Ridge under slaget om Chattanooga. I sommeren 1864 førte han sin brigade i Atlanta-kampagnen, hvor han tog en kort orlov under kampagnen for at vende tilbage til Illinois for at blive gift. Han blev forfremmet til divisionens kommando før slaget ved Jonesboro i september. Han deltog derefter i Shermans march til havet og erobringen af Savannah, Georgia.