In de Marylandveldtocht kreeg Anderson het bevel over de divisie van generaal Cadmus Wilcox. In september 1862 voerde hij in de Slag bij Antietam het bevel over de verzonken weg "Bloody Lane" in het midden van de Zuidelijke verdediging. Hij raakte gewond aan de dij en Roger Atkinson Pryor nam zijn bevel over, waarna zijn divisie ten onder ging aan flankaanvallen. In de Slag bij Fredericksburg in december kwam zijn divisie nauwelijks in actie.