Depois de demorar várias semanas em Tullahoma, Rosecrans planejou expulsar Bragg de Chattanooga, atravessando o rio Tennessee, em direção ao sul, e interditando as linhas de suprimento dos Confederados da Geórgia. Ele começou as operações em 18 de agosto bombardeando por duas semanas a cidade de Chattanooga como um desvio. O alto comando dos Confederados reforçou Bragg com uma divisão do Mississippi, bem como um corpo previamente do Exército da Virgínia do Norte, comandado por James Longstreet. Rosecrans perseguiu Bragg nas montanhas escarpadas do noroeste da Geórgia, apenas para descobrir que uma armadilha havia sido montada. Bragg iniciou a Batalha de Chickamauga (19–20 setembro de 1863) quando ele lançou um ataque de três divisões contra o exército de Rosecrans. Um mal-entendido de comando permitiu que uma lacuna importante aparecesse na linha da União à medida que reforços chegassem, e Longstreet conseguiu levar seu corpo a essa lacuna e fazer o Exército da União entrar em recuo. Se não fosse a defensiva por uma parte da linha liderada pelo XIV Corpo da União, comandada pelo major-general George H. Thomas ("The Rock of Chickamauga"), o Exército da União teria sido completamente derrotado. Rosecrans, devastado por sua derrota, retirou seu exército para Chattanooga, onde Bragg o sitiou, ocupando o terreno mais alto que dominava a cidade.