Po wycofaniu z rzeki Tennessee, flotylla w składzie 4 kanonierek pancernych („St. Louis”. „Carondelet”. „Louisville” i „Pittsburgh”) oraz 2 "timberclads" („Tyler” i „Conestoga”) została użyta tydzień później do wsparcia ataku na Fort Donelson nad rzeką Cumberland. Fort ten był znacznie silniejszy, obsadzony był przez 15-tysięczny garnizon i znajdował się na wzgórzu na zakręcie rzeki, co powodowało, że kontrolował żeglugę na rzece i zapewniał dogodny jej ostrzał. Już 13 lutego nękający ogień do obrońców prowadziła kanonierka „Carondelet”. a generalny atak nastąpił 14 lutego. Atak flotylli nie przyniósł jednak rezultatów. Podczas intensywnej wymiany ognia z małej odległości wszystkie kanonierki zostały trafione po kilkadziesiąt razy i uszkodzone, a wśród rannych był komodor Foote. „St. Louis” i „Louisville” z uszkodzonymi urządzeniami sterowymi zdryfowały wstecz, w dół rzeki. Pozostałe kanonierki również musiały się wycofać, co zniweczyło zamiar minięcia fortu. Oddziały lądowe gen. Granta zdołały jednak okrążyć fort, odcinając obrońcom drogę odwrotu do Nashville. Próba przedarcia się konfederatów z oblężenia 15 lutego nie powiodła się. Następnego dnia fort poddał się; do niewoli trafiło ok. 10 000 żołnierzy. Po upadku fortu siły Unii kontrolowały rzekę Cumberland na całej długości, niszcząc zakłady metalowe Tennessee Iron Works 16 lutego i zajmując 25 lutego, bez oporu Nashville, przez żołnierzy transportowanych na statkach.