Buell ble nesten avløst som kommandant, det var bare George H. Thomas nøling med å ta kommandoen fra sin overordnede i begynnelsen av felttoget som forhindret det. Men Buell var under hardt press om å ta mer aggressive føringer i krigføringen. Da han nærmet seg Perryville, begynte han å samle hæren sin rett foran de konfødererte styrkene der. Bragg var ikke tilstede til å begynne med hos sin hær, siden han ønsket å være med på innsettelsesseremonien til en konføderert guvernør i Kentucky i Frankfort. 8. oktober begynte slaget ved Perryville over kontrollen av vannkildene, og ettersom kampene tiltok, oppnådde Braggs Army of Mississippi noen taktiske suksesser i et angrep mot et korps i Buells Army of the Ohio. Den kvelden innså Bragg at han stod overfor hele Buells hær og beordret retrett til Harrodsburg hvor han ble møtt av Kiby Smiths Army of Kentucky den 10. oktober. Bragg gjorde ikke noe forsøk på å ta tilbake initiativet til tross for en sterk samlet styrke. Buell var like passiv. Bragg trakk seg tilbake gjennom Cumberland Gap og returnerte til Murfreesboro via Chattanooga.