ב-14 במאי כבשו כוחות האיחוד את ג'קסון. גרנט הותיר את הגייס של שרמן בעיר עם הוראות להרוס כל דבר שיש לו שימוש צבאי, ואת שני הגייסות הנותרים הפנה מייד למערב, לעבר ויקסבורג. הגייס של מק'פרסון התקדם לאורך דרך ג'קסון בצפון לעבר בולטון, בעוד הגייס של מקלירננד התקדם לעבר בולטון על דרך ריימונד, מדרום לגייס של מק'פרסון. בניגוד לפמברטון, גרנט הפעיל מערכת מודיעין וסיור יעילה: מרגל שפעל במטה ג'ונסטון העביר אליו את תוכניות הקרב שלו ואת המסרים ששלח לפמברטון, וכך ידע גרנט שכוחותיו של פמברטון נמצאים ממערב לו בשטח הפתוח, ועל תוכניתו של ג'ונסטון לחבור אליהם על דרך ג'קסון (גרנט לא ידע שהן ג'ונסטון והן פמברטון לא התכוונו לפעול בהתאם לתוכנית זו). ב-16 במאי עם שחר נתפס צוות רכבת של הקונפדרציה, וחקירתו העלתה שפמברטון נמצא עם צבאו בשטח הפתוח מערבה מבולטון. גרנט ניצל את ההזדמנות והורה מיד לגייסות של מק'פרסון ומקלירננד להתקדם לקראת מגע עם פמברטון, ולגייס של שרמן הורה לנטוש את ג'קסון ההרוסה ולנוע בעקבותיהם, מערבה.
בבוקר 16 במאי קיבל פמברטון מסר נוסף מג'ונסטון, שחזר על ההוראה לתקוף לכיוון קלינטון. בשלב זה, צבאו של פמברטון היה בעיצומה של תנועה לכיוון דרום מזרח, על הדרך בין אדוארדס וריימונד, במגמה ליירט את שיירות האספקה הצפוניות. הדיוויזיה המובילה הייתה של לורינג, אחריה הדיוויזיה של בואן, ואחריה הדיוויזיה של סטיבנסון. כוח המאסף שלו נמצא בצומת דרכים, כמה מאות מטרים מדרום לרכס שנקרא צ'מפיון היל (Champion Hill). פמברטון, אשר לא היה מודע לכוח האיחוד המתקרב, הורה לצבאו לנוע בחזרה, כדי לבצע את פקודתו של ג'ונסטון. כוח המאסף, שכלל מספר רב של עגלות אספקה, הפך לפתע לחלוץ של צבאו.
הכוחות הלוחמים.
דרגות: ל"ג – לוטננט ג'נרל, מ"ג – מייג'ור ג'נרל, ב"ג – בריגדיר ג'נרל.
האיחוד.
הארמייה של הטנסי בפיקוד מ"ג יוליסס גרנט החלה את מערכת ויקסבורג עם כ-44,000 איש, מאורגנים בשלושה גייסות. בקרב צ'מפיון היל השתתפו שני גייסות מלאים (של מק'פרסון ומקלירננד) ודיוויזיה מן הגייס של שרמן. סך הכל כ-33,000 חיילים. שרמן עצמו ושתי דיוויזיות נוספות שלו לא השתתפו בקרב.
הקונפדרציה.
ארמיית מיסיסיפי בפיקוד ל"ג ג'ון ק' פמברטון, מנתה כ-30,000 איש וכללה חמש דיוויזיות. אל קרב צ'מפיון היל הגיע פמברטון עם שלוש דיוויזיות, שמנו כ-22,000 איש, בעוד שתי דיוויזיות הושארו מאחור בהגנה על ויקסבורג. שלוש הדיוויזיות היו:
גנרל ג'וזף א' ג'ונסטון עמד בראש פיקוד המערב; כ-6,000 חיילים מפיקוד זה (אשר כלל גם את ארמיית מיסיסיפי) היו בנסיגה צפונה מג'קסון, מיסיסיפי אל עבר קנטון, ולא השתתפו בקרב.
מהלך הקרב.
ב-16 במאי בבוקר, בזמן שפמברטון הפך את כיוון התנועה של הטור שלו, נעו 7 דיוויזיות (כ-32,000 איש) של האיחוד מערבה בשלושה טורים מקבילים. היו אלה הגייסות של מק'פרסון ומקלירננד, בתוספת דיוויזיה מן הגייס של שרמן, והם עמדו להנחיל לכוחות הקונפדרציה הפתעה קשה. בשעה 7 בבוקר בערך החלו כוחות החלוץ של האיחוד להתנגש עם יחידות הסיור של פמברטון. האחרון הבין שלא ניתן להמשיך בתנועתו המתוכננת, עצר את הטור שלו והחל להיערך להגנה על רכס המשקיף על ערוץ נחל ג'קסון קריק, שנמתח מצפון מזרח לדרום מערב. קו ההגנה של פמברטון חסם את מסלול ההתקדמות של הטור הדרומי והטור האמצעי של האיחוד, אולם הוא לא היה מודע לתנועת הטור הצפוני לאורך דרך ג'קסון, ולכן אגפו השמאלי (הצפוני) נותר כמעט בלתי מוגן.
ממערב לרכס עליו נשען קו ההגנה הדרומי, בעורפם של המגינים, זרם נחל בייקר'ס קריק. הנקודה הגבוהה ביותר ברכס הייתה צ'מפיון היל . בנקודה זו דרך ג'קסון פנתה דרומה, עברה דרך פסגת הגבעה, התחברה לדרך האמצעית (בין דרך ג'קסון לדרך ריימונד), ואז פנתה מערבה וחצתה את בייקר'ס קריק על גבי גשר. האגף השמאלי הקיצוני של פמברטון הוחזק על ידי בריגדה בפיקוד סטיבן לי מהדיוויזיה של סטיבנסון. כוח סיור שנשלח על ידי לי צפונה, הבחין בכוחות גדולים של האיחוד הנעים מערבה על דרך ג'קסון, והוא הבין שהמשך תנועתם יגרום לאיגוף קו ההגנה הדרומי, ולניתוק נתיב הנסיגה של פמברטון לבסיסו בוויקסבורג. לי החליט לנוע עם הבריגדה שלו צפונה ולתפוס את צ'מפיון היל, ששלטה על דרך ג'קסון. כתוצאה מכך, פמברטון נאלץ להאריך את חזיתו ולהזיז את כל כוחותיו צפונה. האיום על אגפו השמאלי אילץ אותו לשלוח בהדרגה עוד ועוד יחידות מהדיוויזיה של סטיבנסון, כדי לתגבר את הבריגדה של לי.
לאחר שהבחינו בהערכות כוחות הדרום על צ'מפיון היל, נעצרו שתי הדיוויזיות של האיחוד שנעו על דרך ג'קסון, ונפרסו לקראת מתקפה סמוך לצ'מפיון האוס, יחד עם הארטילריה המסייעת שלהן. גרנט הגיע לאזור צ'מפיון היל בשעה 10:00 לערך, והורה על פתיחת התקפה כוללת על קו ההגנה הדרומי, אולם עקב בעיות תקשורת ופקודות בלתי החלטיות של גרנט, הגיס של מקלירננד החל לנוע לקראת מגע עם קו ההגנה הדרומי רק למעלה מארבע שעות מאוחר יותר. כתוצאה מכך, רק שתי דיוויזיות מהטור הצפוני של האיחוד (שכללו 5 בריגדות) נטלו חלק בשלב הראשון של הקרב. מולם ניצבו 2 בריגדות מהדיוויזיה של סטיבנסון. עד שעה 11:30 בבוקר הגיעו כוחות האיחוד למגע עם קו ההגנה הראשי של סטיבנסון, ועד שעה 13:30 הם כבשו את פסגת צ'מפיון היל בעוד כוחות הדרום נסוגים בחוסר סדר, לאחר שאיבדו כמעט את כל הארטילריה שלהם (11 תותחים). במקביל למתקפה על צ'מפיון היל, איגפו חלק מהיחידות של הדיוויזיה של לוגן (באגף הימני של הכוח התוקף) מצפון, את קו ההגנה הדרומי, והתקדמו לכיוון דרום מערב. כוחות האיחוד נעו קדימה, תפסו את צומת הדרכים החיוני מדרום לצ'מפיון היל ואת הגשר על בייקר'ס קריק, ואיימו לאגף ולכתר את כוחותיו של פמברטון.
פמברטון נאלץ לשלוח את הדיוויזיה המוקטנת של בואן (שתי בריגדות), שהגנה עד אז על מרכז קו ההגנה שלו, להתקפת נגד. ההתקפה הפתיעה את כוחות האיחוד, הדפה אותם לאחור וכבשה מחדש את צ'מפיון היל. בשעה 15:30 חידש גרנט את התקפתו על הגבעה, עם דיוויזיה רעננה נוספת (של קרוקר), שהגיעה מקלינטון דרך בולטון. במקביל תקפו גם שתי הדיוויזיות של האיחוד, שנעו על הדרך האמצעית (middle road) לכיוון צומת הדרכים, ואיימו לנתק את הדיוויזיה של בואן מעורפה. כוחות הדרום שהגנו על צ'מפיון היל, לא יכלו לעמוד בפני המתקפה החדשה של כוחות עדיפים ונאלצו לסגת. כל האגף השמאלי של פמברטון נסוג תוך כדי לחימה בתנועה של דלת מסתובבת. האחרון הורה לוויליאם לורינג, שהדיוויזיה שלו הגנה על אגפו הימני ובלמה את התקדמות הטור הדרומי של כוחות האיחוד (הדיוויזיות של בלייר וסמית'), לשלוח את רוב כוחותיו לעזרת האגף השמאלי הלחוץ, אך לורינג התעכב בטענה שעומדים מולו כוחות חזקים של האיחוד.
בשלב זה של הקרב לא נותרו לפמברטון עתודות. הוא הבין שמצבו אבוד והורה לכוחותיו לסגת במהירות בדרך היחידה שנותרה פתוחה בפניהם: גשר מאולתר בנקודה בה חצתה דרך ריימונד את בייקר'ס קריק. שתי בריגדות מהדיוויזיה של לורינג נעו צפונה, יצרו קו הגנה חדש על רכס מדרום לדרך האמצעית, וחיפו על נסיגת הכוחות שנותרו משתי הדיוויזיות האחרות של פמברטון לכיוון הגשר, ואילו הבריגדה השלישית, בפיקוד בריגדיר ג'נרל לויד טילגמן, בלמה את התקדמות כוחות האיחוד על דרך ריימונד עד שעות אחר הצהריים המאוחרות. לאחר שטילגמן נהרג באש ארטילריה, הורה לורינג לבריגדה לנתק מגע ולחבור לכוחות העיקריים של הדיוויזיה. בשלב זה, רק רגימנט אחד של הדיוויזיה הספיק לחצות את הגשר על בייקר'ס קריק, והגשר נמצא תחת אש אגפית של הארטילריה הצפונית. לורינג החליט לסגת עם הדיוויזיה שלו לכיוון דרום, בתקווה למצוא נתיב אחר לחבור עם הכוח העיקרי של פמברטון, שנמצא בעיצומה של נסיגה לכיוון נהר ביג בלאק וביצורי ויקסבורג. לאחר נסיגת כוח המאסף הדרומי, תפסו חיילי האיחוד את הגשר על בייקר'ס קריק ללא התנגדות, ועד חצות כבשו את אדוארדס סטיישן.
במהלך המסע הלילי של הדיוויזיה שלו בלילה שבין ה-16 וה-17 במאי, לורינג הבין כי יתקשה לחבור לכוחות הנסוגים של פמברטון, עקב המרדף המהיר שניהלו כוחות האיחוד אחריהם. הוא וקציניו קיימו התייעצות והחליטו לסגת באופן עצמאי לכיוון ג'קסון בדרך עוקפת, במגמה לחבור שם לכוחותיו של ג'ונסטון. באופן לא מוסבר, לורינג לא שלח לפמברטון הודעה על החלטתו זו. ב-19 בחודש הגיעה הדיוויזיה לג'קסון, לאחר מסע קשה ומאומץ דרך קריסטל ספרינגס, במהלכו היא איבדה את כל הארטילריה שלה, וכ-3000 חיילים, שלא עמדו בקשיי המסע, או נשרכו מאחור.
סיכום ותוצאות.
ניצחון האיחוד בקרב צ'מפיון היל עלה לגרנט במחיר יקר: 410 הרוגים, 1,844 פצועים ו-187 נעדרים; בסך הכל 2,441 אבדות מתוך 32,000 חיילים. בזיכרונותיו האישיים כתב גרנט:
מניתוח האבדות של צבא האיחוד במהלך הקרב עולה, ששלוש הדיוויזיות שתקפו את האגף השמאלי של צבא הדרום, ספגו למעלה מ-90 אחוז מכלל האבדות, בעוד ארבע הדיוויזיות הנוספות של גרנט ספגו אבדות קלות עד מזעריות. מכאן ניתן ללמוד, שחלק גדול מצבא האיחוד לא השתתף באופן פעיל בקרב. ייתכן בהחלט, שאילו גרנט היה מפעיל את כל הכוחות שעמדו לרשותו, במתקפה מתואמת על שני האגפים של צבאו של פמברטון, הוא יכול היה לכתר ולהשמיד את צבאו. חוסר הפעילות של האגף השמאלי (הדרומי) של גרנט, אפשר למרבית כוחותיו של פמברטון להימלט מכיתור, ולסגת חזרה למתחם המבוצר של וויקסבורג.