Chamberlain erhielt im August 1863 das Kommando über die 3. Brigade der 1. Division des V. Korps. Krankheitsbedingt musste er im Winter seine Truppen verlassen und konnte erst im Mai 1864 zur Schlacht bei Spotsylvania wieder zu ihnen stoßen. Er führte seine Brigade im Kampf bei Bethesda Church und übernahm anschließend, nach Reorganisation des V. Korps, das Kommando über die 1. Brigade der 1. Division. Die Brigade bestand aus sechs Regimentern aus Pennsylvania.