חצייתו של גרנט את הג'יימס שינתה את האסטרטגיה המקורית שלו לנסות לנסוע ישירות על ריצ'מונד, והובילה למצור על פטרסבורג.לאחר שנודע לי שגרנט חצה את הג'יימס, החשש הגרוע ביותר שלו עמד להתממש - שהוא ייאלץ למצור בהגנה על בירת הקונפדרציה.פטרסבורג, עיר משגשגת של 18,000 תושבים, הייתה מרכז אספקה ​​לריצ'מונד, לאור מיקומה האסטרטגי ממש דרומית לבירה, האתר שלה על נהר האפומטוקס שסיפק גישה ניתנת לשייט לנהר ג'יימס, ותפקידה כצומת וצומת מרכזי עבור חמש מסילות ברזל.מכיוון שפטרסבורג הייתה בסיס האספקה ​​הראשי ומחסן הרכבות של האזור כולו, כולל ריצ'מונד, השתלטות פטרבורג על ידי כוחות האיחוד לא תאפשר לי להמשיך ולהגן על בירת הקונפדרציה.זה ייצג שינוי אסטרטגיה מזה של מסע השטח של גרנט, שבו התעמתות והבסה של צבאו של לי בשטח פתוח היו המטרה העיקרית.כעת, גרנט בחר יעד גיאוגרפי ופוליטי וידע שהמשאבים הטובים ביותר שלו יכולים למצור את לי שם, להצמיד אותו, או להרעיב אותו לכניעה או לפתות אותו לצאת לקרב מכריע.לי האמין בהתחלה שהמטרה העיקרית של גרנט היא ריצ'מונד והקדיש רק חיילים מינימליים תחת גנרל PGT Beauregard להגנת פטרסבורג עם תחילת המצור על פטרסבורג.המצור על פטרסבורג כלל תשעה חודשים של מלחמת חפירות שבהן תקפו כוחות האיחוד בפיקודו של סגן גנרל יוליסס ס. גרנט את פטרסבורג ללא הצלחה ולאחר מכן בנו קווי תעלות שהשתרעו בסופו של דבר על פני 30 מייל (48 ק"מ) מהפאתי המזרחי של ריצ'מונד, וירג'יניה, עד לפאתי המזרח והדרומי של פטרסבורג.לפטרבורג הייתה חשיבות מכרעת לאספקת צבאו של גנרל הקונפדרציה רוברט א. לי ובירת הקונפדרציה ריצ'מונד.נערכו פשיטות רבות וקרבות נערכו בניסיונות לנתק את מסילת הברזל של ריצ'מונד ופטרבורג.רבים מהקרבות הללו גרמו להתארכות קווי התעלות.לי סוף סוף נכנע ללחץ ונטש את שתי הערים באפריל 1865, מה שהוביל לנסיגתו ולכניעה בבית המשפט אפומטוקס.המצור על פטרבורג בישר את מלחמת החפירות שהייתה נפוצה במלחמת העולם הראשונה , והקנה לה מעמד בולט בהיסטוריה הצבאית.הוא גם הציג את הריכוז הגדול ביותר במלחמה של חיילים אפרו-אמריקאים, שספגו אבדות כבדות באירועים כמו קרב המכתש וחוות צ'אפין.