Als General Braxton Bragg den Oberbefehl über die Armee übernahm, folgte ihm Cheatham in der Schlacht bei Perryville und vom 31. Dezember 1862 bis 2. Januar 1863 in der Schlacht am Stones River sowie in der Schlacht am Chickamauga am 19. und 20. September 1963. Daraufhin wurde er am 29. September 1863 zum Kommandierenden General ernannt. Als Bragg vom 23. bis 25. November 1863 in der Schlacht von Chattanooga von Grant besiegt wurde, sicherte Cheatham die rechte Flanke und konnte gegen Ende der Schlacht das weitere Vordringen der Unionstruppen noch verhindern.