במאמץ נוסף לשבור את המבוי הסתום בקולד הארבור, גרנט פנה שוב לתמרון, הפעם עם הכוונה לנתק את קווי האספקה ​​של לי ולא לנתק את הבירה ריצ'מונד עצמה. כוחות הפרשים של האיחוד רכבו לעבר שארלוטסוויל, במטרה להרוס את מסילת הברזל המרכזית של וירג'יניה, וכוחות האיחוד בעמק שננדואה פנו לעבר לינצ'בורג, היכן שיכלו לחסום את תעלת נהר ג'יימס. שוב, לי פעל להתאים את כוחותיו לנטרול האסטרטגיה של גרנט. פיקוד הקונפדרציה הורה על שליחת את הקורפוס בפיקודו של הגנרל ג'ובל א. ארלי כדי להגן על לינצ'בורג ושלח פרשים כדי לבלום את הפשיטה הרכובה של האיחוד. כוחות הפרשים משני הצדדים התעמתו לבסוף בתחנת טרוויליאן על גדות הנהר. גרנט הצליח לשטות בלי, כשהעביר את אנשיו בגנבה מעבר לנהר ג'יימס. לאחר שעצרו את ניסיון כוחות הצפון לכבוש את פטרסבורג, וירג'יניה, ששימשה כנקודת קישור חיונית עבור רכבות אספקה לריצ'מונד, בנו לי ואנשיו תעלות משוכללות והושמו תחת מצור בפטרסבורג. לי ניסה לשבור את הקיפאון ושלח את ג'ובל א. ארלי לפשיטה על וושינגטון הבירה, מעבר לעמק שננדואה, אך ארלי הובס על ידי כוחותיו העדיפים של פיליפ שרידן. המצור על פטרסבורג החל ביוני 1864 והסתיים באפריל 1865.
המפקד העליון בצבא הקונפדרציה.
מערכת פטרסבורג ונפילת ריצ'מונד.
ב-31 בינואר 1865, קודם לי לתפקיד המפקד הכללי של כוחות הקונפדרציה. בתחילת 1865 קידם יוזמה שמטרתה לאפשר לעבדים להצטרף לצבא הקונפדרציה תמורת חירותם. היוזמה לא הבשילה בזמן הקצר שנותר לקיומה של הקונפדרציה. קווי הביצורים של שני הצדדים מסביב לעיר פטרסבורג נבנו לאורך 56 קילומטרים. פטרסבורג עצמה הייתה ממוקמת במרחק 37 קילומטרים מריצ'מונד והייתה מקושרת אליה דרך מסילת ברזל. ב-29 בספטמבר כבשו כוחות האיחוד את פורט הריסון אך התקדמותם להמשך השנה נעצרה. בתחילת המצור היו 62,000 חיילי צבא האיחוד לעומת 42,000 חיילי הקונפדרציה. לאורכו של המצור רבים מחיילי הקונפדרציה ערקו משירותם. גרנט קבע עיירה קטנה בפרברי פטרסבורג לשמש בתור מטה הפיקוד שלו במהלך המצור. הנשיא לינקולן ביקר באתר זה פעמיים במהלך המצור, פעם אחת ביוני 1864 ופעם אחת מרץ 1865. לינקולן כינס את מפקדי האיחוד גרנט, ויליאם טקומסה שרמן ודייוויד פורטר וקבע איתם את תנאי הכניעה שקידם לקראת הכניעה המיוחלת של הקונפדרציה.
בדרך כלל הגעת מזג האוויר הסגרירי בחורף 1864 - 1865 הייתה מביאה לעצירה של המבצעים הצבאיים, אך לא זה היה המקרה סביב פטרסבורג. בשבוע הראשון של דצמבר, כוחות האיחוד ניהלו פשיטה על מסילת הברזל וולדון כדי להשמיד חלקים ממנה ולהקשות עוד יותר על מעברי האספקה של ארמיית צפון וירג'יניה. בעוד ששלג וגשם עיכבו את המאמץ המאמץ הצבאי של האיחוד, לי לא יכול היה להשתמש בזמן זה עבור העברה מהירה ככל האפשר של אספקה ממסילת הברזל. תוך שמירה על לחץ מתמיד על כוחות הדרום, הניע גרנט פעם נוספת ​​את חייליו מחוץ לקווי הביצורים ולעבר כביש הקרש בפברואר 1865. כוחות האיחוד של גרנט תכננו לבצע איגוף מלא של פטרסבורג. בעת הגעת כוחות האיחוד לרחבת האצ'ר ליד טחנת ארמסטרונג ב-5 בפברואר הם נפגשו בכוח צבאי של הקונפדרציה שנשלח בידי לי. לאחר שלושה ימי קרב נסוגו כוחות הקונפדרציה וצבא האיחוד השתלט על נתיב מים מקומי.
חודש מרץ התחיל בהשבעה של לינקולן לכהונה שנייה ובצניחת המורל של צבא הקונפדרציה. אספקה ​​לא מספקת, מידע על מצוקה משפחתית בבית, ותחושה מבשרת איום על תבוסה מתקרבת גזלו את רוח הלחימה מרבים מחיילי הדרום. גרנט הבין שזו הזדמנות להכין את חייליו לקראת המכה הסופית. גרנט הורה על ארגונם של 50,000 חיילי רגלים, בתמיכת פרשים וארטילריה, לקראת התנתקותם מקווי הביצורים של המצור עבור תפיסת נתיבי האספקה ​​הנותרים של לי מערבית לעיר. עוד קודם להוצאת התוכנית הצבאית של גרנט לפועל, לי תכנן להפיג את הלחץ ממערב העיר על ידי ביצוע מתקפת פתע על החלק המזרחי של הקו בפורט סדמן שנשלט על ידי צבא האיחוד. לפני הזריחה ב-25 במרץ, חלק גדול מאנשיו של לי התחילו את תקיפתם במהירות לעבר מבצר האיחוד. לצד תקוותם השאפתנית; סיכויי ההצלחה היו קלושים. מתקפת נגד של האיחוד הניסה את מתקפת הקונפדרציה - האחרונה מסוגה שקידם לי - ובכך היוזמה הצבאית שבה לגרנט.
לאחר חודשים ארוכים בהם נשחק צבא הדרום בקרבות מרובים, הצליח הצפון לכבוש את פטרסבורג ב-2 באפריל 1865. לי נטש את ההגנה על ריצ'מונד ופעל להצטרף עם כוחותיו הנותרים לכוחותיו של הגנרל ג'וזף א' ג'ונסטון בקרוליינה הצפונית.
מערכת אפומטוקס, כניעתו של לי ונפילת הקונפדרציה.
פעם נוספת גרנט נקט ביוזמה. ב-29 במרץ החלו פרשי האיחוד בפיקודו של פיליפ שרידן וקורפוס הרגלים החמישי לנוע דרומית-מערבית לעבר האגף הימני של הקונפדרציה ומסילת הברזל סאות' סייד. ב-1 באפריל, 21,000 חיילים פדרליים התכתשו והכניעו את 11,000 חיילי הקונפדרציה בפיקודו של ג'ורג' פיקט בצומת דרכים מקומית המכונה חמישה מזלגות. גרנט המשיך אחר הניצחון זה במתקפה מוחלטת נגד קווי הקונפדרציה הנסוגים ב-2 באפריל. עם צמצום קווי האספקה ​​שלו, נדרש לי לקרוא לתגבורת מצד מוצבי הקונפדרציה בריצ'מונד, ובכך נותרה בירת הקונפדרציה ללא הגנה. במקור תכנן לי לארגן מערך הגנה לאחר הגעת הכוחות הנסוגים לאולם המשפטים אמיליה. לאחר שהצבא שלו הורכב מחדש, לי שינה את תוכניתו המקורית ותכנן לצעוד לאורך מסילת הברזל בין ריצ'מונד ודנוויל בתקווה לפגוש את אשר נותר מצבא טנסי בפיקודו של ג'ונסטון שמגיע מצפון קרוליינה. יחד, שתי ארמיות הקונפדרציה, שהיו רחוקות ממצבם המקורי השלם, תכננו להסדיר קו הגנה ליד נהר רואנוק, ולצאת במתקפה נגד שרמן.
הצעדה מריצ'מונד ופטרסבורג התחילה באופן מוצלח, רבים מחיילי הקונפדרציה, כולל הקצינים ובהם גם לי, היו נלהבים מכך שהיו שוב בשטח, אך לאחר הצעדה של היום הראשון החלו להופיע סימני עייפות ורעב. כאשר לי הגיע לאולם המשפטים של אמיליה ב-4 באפריל, הוא מצא, למורת רוחו, כי מנות האוכל לאנשיו לא הגיעו עקב קטיעת קווי האספקה. אף על פי שהצעדה המהירה צלחה, החיילים הרעבים של ארמיית צפון וירג'יניה נזקקו לאספקה. בעודו ממתין לבואם של כוחות מריצ'מונד, שהתעכב בתנאי שיטפון, החליט לי לעצור את הצעדה ולשלוח קרונות לאזור הכפרי לאיסוף מצרכים. לחקלאים המקומיים לא היה מעט לתת והקרונות חזרו ריקים כמעט. התוצאה העיקרית של עיכוב זה באמיליה הייתה יום צעדה אבוד שאפשר לכוחות האיחוד הרודפים זמן להתקרב. אמיליה הוכיחה את עצמה כנקודת המפנה של המערכה. ביציאתם מאולם המשפטים של אמיליה ב-5 באפריל, כוחותיו של לי נעו רק כמה קילומטרים לפני שמצאו את חילות הפרשים והרגלים של שרידן מחכים להם וחוסמים ישירות את כיוון התנועה שלהם לעבר ג'ונסטון.
במקום לתקוף את העמדה הפדרלית המבוססת, לי שינה את תוכניתו. הוא תכננן כי יצעיד את צבאו מערבה, סביב כוחות האיחוד, וינסה להביא אספקה לחייליו בפרמוויל לאורך תוואי הרכבת של סאות' סייד. הנסיגה של ארמיית צפון וירג'יניה הייתה תחת לחץ פדרלי מתמיד ולי קיווה שהוא יכול להעביר את כוחותיו בין צבאות האיחוד דרך העיירה אפוטומיקס. גרנט שהבין את אופיו המכריע של הגשר הגבוה ליד פרמוויל העביר צוות של האיחוד להשמיד את הגשר בתקווה להכות את צבאו של לי ולמנוע את מעברו. הקרב על הגשר הגבוה היה למרחץ דמים וראה את מותם של רבים מהקצינים בשני הצבאות. עייפים מחוסר שינה (לי הורה על צעדות לילה למלא את הפער לאחר היום שאבד) ורעבים, חיילי הקונפדרציה החלו ליפול מעמדותיהם. פרדות וסוסים, גם הם מורעבים, קרסו תחת העומס.
כשצפה במתרחש מגבעה סמוכה, קרא לי: כמעט 8,000 איש ושמונה גנרלים של הקונפדרציה אבדו במכה אחת, נהרגו, נתפסו או נפצעו כאשר הקורפוס השישי של ארמיית הפוטומק של האיחוד תקף בעורפם. שרידי ארמיית צפון וירג'יניה הגיעו לפרמוויל ב-7 באפריל שם המתינה להם אספקת אוכל, אך כוחות האיחוד של שרידן נעו אחריהם במהירות כה רבה עד כי פרשי הקונפדרציה נאלצו להתייצב ברחובות העיירה כדי לאפשר לשאר חיילי הקונפדרציה לסגת ורוב החיילים מעולם לא קיבלו את מנות האוכל הנדרשות. חסום שוב על ידי צבאו של גרנט, לי שוב הסתובב מערבה בתקווה שיוכל לספק את כוחותיו בהמשך מסילת הברזל ואז לפנות דרומה. צפונית לפרמוויל, לי פנה מערבה לכביש ריצ'מונד-לינצ'בורג. הקורפוסים השני והשישי של האיחוד עקב אחריו. אולם מתחת לידיעתו של לי, כוחות רגלים ופרשים של האיחוד נעו במורד נהר האפוטומיקס בשביל לקטוע את התקדמותו. בהיותו בפרמוויל ב-7 באפריל שלח גרנט מכתב ללי וביקש את כניעת צבאו. לי, בסביבת כנסיית קומברלנד, קיבל את המכתב וקרא אותו. לאחר מכן העביר אותו אל לויטננט גנרל לונגסטריט. לונגסטריט ענה בחומרה "עדיין לא."
כאשר לי המשיך בצעדתו מערבה הוא ידע את המצב הנואש שעומד בפני צבאו. אם יוכל להגיע לתחנת אפומטוקס לפני הכוחות הפדרליים הוא יכול היה לקבל את מנות האוכל שנשלחו מלינצ'בורג ואז לעשות את דרכו לדנוויל בדרכים עקיפות. אם לא, לא הייתה לו ברירה אלא להיכנע. אחר הצהריים של 8 באפריל, כוחות הקונפדרציה נעצרו קילומטר צפונית-מזרחית לאולם המשפטים של אפומטוקס. באותו לילה נשמעה אש ארטילרית מתחנת אפומטוקס, ודרכה של ארמיית צפון וירג'יניה הייתה חסומה משני אגפיו ומעורפו. הפרשים הפדרליים, שצעדו בדרכים קצרות יותר, חסמו את הדרך דרומה ומערבה. לי התייעץ עם פקודיו וקבע שיש לעשות ניסיון נוסף להגיע למסילת הברזל ולהימלט.