Szeptember 16-án első egységei már Sharpsburg alá értek, így Lee megkísérelhette az Antietami csatában való ellenállást, mielőtt kiszorult volna Marylandből. A szeptember 17-én hajnalban elkezdődő, rendkívül véres csatában a Jackson által védelmezett balszárny szenvedte el Joseph Hooker vezette kezdeti támadást. Az uniós hadsereg összességében másfélszeres-kétszeres létszámfölényben volt, de a hajnali támadásban közel azonos nagyságú erők csaptak össze és Hooker hadteste kb. két óra alatt úgy szétzúzta Jackson védelmét, hogy már a teljes hadseregtartalékot kellett ellentámadásba vezényelni a megállításához. Lee irányítása alatt a hadsereg Longstreet kiváló védekezésével kihúzta a nap végéig, de ehhez az is kellett, hogy Jackson hadosztályai egymás után érkezzenek meg Harper's Ferry felől. Legutolsónak A. P. Hill hadosztálya érkezett a délután közepén és újonnan felöltött kék egyenruhájában menetből oldalba támadta a végső csapást megadni készülő, Ambrose Burnside vezette IX. hadtest csapatait. Az oldalról érkező, északinak tűnő csapatok rohama valószínűleg a megsemmisüléstől mentette meg az Észak-Virginiai hadsereget. Lee két nappal később visszahúzódott Virginiába és a hadjárat véget ért. Október 10-én Jacksont altábornaggyá léptették elő, de annak hatályba lépése egy nappal későbbre lett datálva Richmondban annak érdekében, hogy Longstreet lehessen a rangidős kettőjük közül. Eddigi szárnyparancsnoki beosztása ekkor vált hivatalosan hadtestparancsnokivá, mely lényegében ugyanazokat a feladatokat foglalta magába.