Selepas Kempen Tullahoma yang berjaya, Rosecrans memperbaharui serangan, bertujuan untuk memaksa Konfederasi keluar dari Chattanooga.Pada awal September, Rosecrans menyatukan pasukannya yang bertaburan di Tennessee dan Georgia dan memaksa tentera Bragg keluar dari Chattanooga, menuju ke selatan.Pasukan Kesatuan mengikutinya dan menepisnya di Jalan Lintas Davis.Bragg telah berazam untuk menduduki semula Chattanooga dan memutuskan untuk bertemu sebahagian daripada tentera Rosecrans, mengalahkannya, dan kemudian kembali ke bandar.Pada 17 September dia menuju ke utara, berniat untuk menyerang Kor XXI yang terpencil.Semasa Bragg berarak ke utara pada 18 September, pasukan berkuda dan infantrinya bertempur dengan pasukan berkuda Union dan infantri berkuda, yang bersenjatakan senapang berulang Spencer.Kedua-dua tentera bertempur di Jambatan Alexander dan Jambatan Reed, ketika Konfederasi cuba menyeberangi Sungai Chickamauga Barat.Pertempuran bermula dengan bersungguh-sungguh pada pagi 19 September. Orang-orang Bragg menyerang dengan kuat tetapi tidak dapat mematahkan garisan Union.Keesokan harinya, Bragg meneruskan serangannya.Pada lewat pagi, Rosecrans telah dimaklumkan secara salah bahawa dia mempunyai jurang dalam taliannya.Dalam menggerakkan unit untuk menopang jurang yang sepatutnya, Rosecrans secara tidak sengaja mencipta jurang sebenar secara langsung dalam laluan serangan lapan briged di hadapan sempit oleh Konfederasi Leftenan Jeneral James Longstreet, yang mayatnya telah dipisahkan daripada Tentera Virginia Utara .Dalam kekalahan yang terhasil, serangan Longstreet menghalau satu pertiga daripada tentera Kesatuan, termasuk Rosecrans sendiri, dari padang.Unit kesatuan secara spontan berkumpul untuk mencipta barisan pertahanan di Horseshoe Ridge ("Bukit Snodgrass"), membentuk sayap kanan baharu untuk barisan Mejar Jeneral George H. Thomas, yang memegang kendali keseluruhan pasukan yang tinggal.Walaupun Konfederasi melancarkan serangan yang mahal dan nekad, Thomas dan orang-orangnya bertahan sehingga senja.Pasukan kesatuan kemudiannya bersara ke Chattanooga manakala Konfederasi menduduki kawasan tinggi di sekelilingnya, mengepung bandar itu.Pertempuran Chickamauga, bertempur pada 19–20 September 1863, antara pasukan Kesatuan dan Konfederasi dalam Perang Saudara Amerika, menandakan berakhirnya serangan Kesatuan, Kempen Chickamauga, di tenggara Tennessee dan barat laut Georgia.Ia merupakan pertempuran besar pertama dalam perang yang berlaku di Georgia, kekalahan Kesatuan paling ketara di Teater Barat, dan melibatkan jumlah korban kedua tertinggi selepas Pertempuran Gettysburg .