לאחר מסע הבחירות המוצלח שלו ב-Tulahoma, רוזקרנס חידש את המתקפה, במטרה לאלץ את הקונפדרציות לצאת מצ'טנוגה.בתחילת ספטמבר, רוזקרנס איחד את כוחותיו הפזורים בטנסי ובג'ורג'יה ואילץ את צבאו של בראג לצאת מצ'טנוגה, לכיוון דרום.חיילי האיחוד עקבו אחריו וצחצחו איתו ב-Davis's Cross Roads.בראג היה נחוש לכבוש מחדש את צ'טנוגה והחליט לפגוש חלק מהצבא של רוזקרנס, להביס אותו ואז לחזור לעיר.ב-17 בספטמבר הוא פנה צפונה, בכוונה לתקוף את קורפוס ה-XXI המבודד.בעוד בראג צעד צפונה ב-18 בספטמבר, פרשיו וחיל הרגלים שלו נלחמו עם פרשי האיחוד וחיל רגלים רכוב, שהיו חמושים ברובים חוזרים של ספנסר.שני הצבאות נלחמו בגשר אלכסנדר ובגשר ריד, כאשר הקונפדרציות ניסו לחצות את נחל מערב צ'יקמאוגה.הלחימה החלה ברצינות בבוקר ה-19 בספטמבר. אנשיו של בראג תקפו בחוזקה אך לא הצליחו לשבור את קו האיחוד.למחרת, בראג חידש את התקפתו.בשעות הבוקר המאוחרות, רוזקרנס קיבל מידע מוטעה שיש לו פער בקו שלו.בהעברת יחידות כדי לחזק את הפער כביכול, רוזקרנס יצר בטעות פער ממשי ישירות בנתיב של הסתערות של שמונה חטיבות בחזית צרה על ידי סגן גנרל הקונפדרציה ג'יימס לונגסטריט, שהחיל שלו מנותק מצבא צפון וירג'יניה .במתקפה שהתקבלה, המתקפה של לונגסטריט גירשה שליש מצבא האיחוד, כולל רוזקרנס עצמו, מהשדה.יחידות האיחוד התגייסו באופן ספונטני כדי ליצור קו הגנה על רכס הפרסה ("גבעת סנודגראס"), ויצרו אגף ימני חדש לקו של האלוף ג'ורג' ה. תומאס, שקיבל את הפיקוד הכללי על הכוחות שנותרו.למרות שהקונפדרציות פתחו בהתקפות יקרות ונחושות, תומס ואנשיו החזיקו עד דמדומים.לאחר מכן פרשו כוחות האיחוד לצ'טנוגה בזמן שהקונפדרציות כבשו את הגבהים שמסביב, מצור על העיר.קרב צ'יקמאוגה, שנלחם ב-19–20 בספטמבר 1863, בין כוחות האיחוד והקונפדרציה במלחמת האזרחים האמריקאית, סימן את סופה של מתקפת האיחוד, קמפיין צ'יקמאוגה, בדרום מזרח טנסי ובצפון מערב ג'ורג'יה.זה היה הקרב הגדול הראשון במלחמה שנלחם בג'ורג'יה, התבוסה המשמעותית ביותר של האיחוד בתיאטרון המערבי, וכלל את מספר ההרוגים השני בגובהו לאחר קרב גטיסבורג .