Doubleday novamente comandou a divisão, agora atribuída ao Primeiro Corpo-de-exército do Exército do Potomac, após a Batalha de South Mountain, onde Hatch foi novamente ferido. Na Batalha de Antietam, ele liderou seus homens em combates mortais em Cornfield e em West Woods. Um coronel descreveu-o como um "galante oficial ... notavelmente frio em toda a frente da batalha.". Foi ferido quando uma granada explodiu perto de seu cavalo, atirando-o ao chão em uma queda violenta. Recebeu uma promoção de tenente-coronel no exército regular por suas ações em Antietam e foi promovido em março de 1863 a major-general dos voluntários, a contar desde 29 de novembro de 1862. Na Batalha de Fredericksburg, em dezembro de 1862, sua divisão na maior parte do tempo ficou inativa. Durante o inverno, o Primeiro Corpo-de-exército foi reorganizado e Doubleday assumiu o comando da 3.ª Divisão. Na Batalha de Chancellorsville, em maio de 1863, a divisão foi mantida na reserva.