Da McClellans hær stoppet opp og ble inaktiv, ble Hooker overført til generalmajor John Popes Army of Virginia. Hans divisjon tjente først i dets III Corps under generalmajor Samuel P. Heintzelman, men Hooker overtok korpskommandoen den 6. september, etter Nord-Virginia-felttoget og det andre slaget ved Bull Run, et alvorlig nederlag for Nordstatene. Da Robert E. Lees Army of Northern Virginia beveget seg nordover og inn i Maryland, ble Hookers korps (nå kalt I Corps fra 12. september) returnert til Army of the Potomac, og han utmerket seg i slaget ved South Mountain og slaget ved Antietam. Ved Antietam satte hans korps i gang det første angrepet i den blodigste dagen i amerikansk historie og drev sørover inn i korpset til generalløytnant Stonewall Jackson hvor de kjempet hverandre til stillstand. Hooker som var aggressiv og inspirerende for sine menn, forlot slaget tidlig om morgenen med et sår i foten. Han hendet at slaget kunne ha vært en betydelig seier for Unionen dersom han hadde klart å bli værende på slagmarken, men general McClellans forsiktighet sviktet igjen de nordlige styrkene, og Lees mye mindre hær unnslapp ødeleggelse. President Lincolns tålmodighet var slutt, og han erstattet McClellan med generalmajor Ambrose Burnside.