Den 2. september overtog Pleasonton kommandoen over en kavaleridivision og blev såret af en artillerigranat i Slaget ved Antietam. Altid ambitiøs var han utilfreds med ikke at blive forfremmet til generalmajor for sin indsats og hævdede fejlagtigt, at hans division og især det artilleri, som havde været tilknyttet ham, havde haft en afgørende betydning for slagets udfald. (Han fik en midlertidig udnævnelse til oberstløjtnant i den regulære hær, formentlig alene på grund af hans overdrevne rapport efter slaget, som ikke blev bekræftet af andre generaler).