Hij kreeg het bevel over het Army of the Cumberland waarmee hij de Zuidelijke generaal Braxton Bragg versloeg bij Stones River en in de Tullahomaveldtocht hem met succes uit midden Tennessee kon verdrijven. Bragg werd vervolgens uit de strategisch belangrijke stad Chattanooga verjaagd. Tijdens Rosecrans’ achtervolging van Bragg kwam het tot een bloedig treffen bij Chickamauga. Door een verkeerd bevel ontstond er tijdens de slag een groot gat in de Noordelijke slaglinie waardoor een derde van het Noordelijke leger vernietigd werd. Terwijl zijn verslagen leger in Chattanooga belegerd werd, werd Rosecrans vervangen door Grant.