Chamberlains Brigade hielt während der Belagerung von Petersburg am 18. Juni 1864 eine Position vor der Hauptlinie der Unionsarmee bei "Rives Salient". Die Brigade sollte von dort aus eine befestigte konföderierte Stellung angreifen. Während des Angriffs wurde Chamberlain von einer Kugel getroffen und brach zusammen. Die Ärzte glaubten, er würde die Verwundung nicht überleben. Als Generalleutnant Ulysses S. Grant, der Oberbefehlshaber der US-Streitkräfte, davon erfuhr, beförderte er Chamberlain zum Brigadegeneral. Chamberlain erholte sich jedoch wider Erwarten und konnte das Kommando über die Brigade wieder übernehmen. Er führte sie zu Pferde am 29. März 1865 gegen konföderierte Stellungen an der "Quaker Road", wo er wiederum auf seinem Pferd verwundet wurde. Weil Chamberlain die Brigade trotz der Verwundung weiter führte, wurde er für diese Leistung zum Brevet-Generalmajor ernannt.