Da McClellans hær trak sig tilbage til inaktivitet, blev Hooker overført til generalmajor John Popes Army of Virginia. Hans division gjorde først tjeneste i dens III Korps under generalmajor Samuel P. Heintzelman, men Hooker overtog kommandoen over III Korps af Army of Virginia den 6. september, efter Northern Virginia kampagnen og det Andet slag ved Bull Run, et alvorligt nederlag til Unionen. Da Robert E. Lees Army of Northern Virginia rykkede ind i Maryland, blev Hookers korps returneret til Army of the Potomac (med den nye betegnelse I Korps), og han kæmpede med udmærkelse i slaget ved South Mountain og slaget ved Antietam. Ved Antietam iværksatte hans korps det første angreb på den blodigste dag i Amerikas historie, da han angreb sydpå ind i generalløjtnant Stonewall Jacksons korps i en kamp, der endte i stilstand. Hooker havde været aggresiv og inspirerende for sine mænd, men måtte tidligt i slaget forlade slagmarken med et sår i foden. Han hævdede, at slaget ville være endt som en afgørende sejr for Unionen, hvis han havde været i stand til at blive på slagmarken, men general McClellans forsigtighed havde igen kostet Unionen sejren, og Lees langt mindre hær undgik ødelæggelse. Præsident Lincolns tålmodighed var slut, og han erstattede McClellan med generalmajor Ambrose Burnside.