Nach Cold Harbor konnte Grant nicht mehr auf direkten Weg nach Richmond vorstoßen und musste sich auf die lange Belagerung von Petersburg, einem strategisch wichtigen Städtchen südlich von Richmond, einlassen. Als es Grant schließlich Anfang April 1865 gelang, die konföderierten Linien an mehreren Stellen zu durchstoßen, brach die bis dahin seit gut neun Monaten bestehende Verteidigungslinie der Nord-Virginia-Armee zusammen, und Lees Armee musste sich aus Petersburg zurückziehen. Innerhalb weniger Tage musste auch Richmond evakuiert werden und Lees Truppen marschierten westwärts, wo sie schließlich von der Unions-Kavallerie unter dem Kommando des späteren Oberbefehlshabers des Heeres, Philip Sheridan, der ein enger Vertrauter Grants war und bereits unter diesem auf dem westlichen Kriegsschauplatz gekämpft hatte, eingeholt wurden. Lee wollte durch eine Vereinigung der Nord-Virginia-Armee mit den Resten der konföderierten Westarmee unter General Johnston eine Bündelung der Kräfte und damit die Fortsetzung des Krieges erreichen. Die Potomac-Armee verhinderte dies und so nahm Grant am 9. April 1865 schließlich bei Appomattox Court House in Virginia die Kapitulation der Nord-Virginia-Armee unter General Lee entgegen (siehe auch Appomattox-Feldzug). Nach dem Krieg wurde ihm am 25. Juli 1866 der vom Kongress neu geschaffene Rang des General of the Army of the United States verliehen. Er blieb bis zu seiner Kandidatur für die Präsidentschaft Oberbefehlshaber des Heeres.