Den 31. mai, da Grants hær igjen svingte rundt den høyre flanken av Lees hær, grep unionskavaleriet veikrysset til Old Cold Harbor, omtrent 10 mil nordøst for den konfødererte hovedstaden Richmond, Virginia, og holdt den mot konfødererte angrep inntil unionsinfanteriet ankommet.Både Grant og Lee, hvis hærer hadde lidd enorme skader i Overland Campaign, fikk forsterkninger.Om kvelden 1. juni ankom Union VI Corps og XVIII Corps og angrep de konfødererte verkene vest for korsveien med en viss suksess.Den 2. juni ankom resten av begge hærene og de konfødererte bygde en forseggjort serie med festningsverk på 7 mil lang.Ved daggry den 3. juni angrep tre unionskorps de konfødererte verkene på den sørlige enden av linjen og ble lett slått tilbake med store tap.Forsøk på å angripe den nordlige enden av linjen og gjenoppta angrepene på den sørlige var mislykket.Slaget forårsaket en økning i anti-krigsstemning i nordstatene.Grant ble kjent som den "famlende slakteren" for sine dårlige beslutninger.Det senket også moralen til de gjenværende troppene hans.Men kampanjen hadde tjent Grants formål - så dårlig som hans angrep på Cold Harbor var, Lee hadde mistet initiativet og ble tvunget til å vie sin oppmerksomhet til forsvaret av Richmond og Petersburg.Grant sa om slaget i sine personlige memoarer : "Jeg har alltid angret på at det siste angrepet ved Cold Harbor noen gang ble gjort ... Ingen fordel ble oppnådd for å kompensere for det store tapet vi led."Hærene konfronterte hverandre på disse linjene til natten til 12. juni, da Grant igjen rykket frem ved sin venstre flanke og marsjerte til James River.I sluttfasen forskanset Lee hæren sin i det beleirede Petersburg før han til slutt trakk seg tilbake vestover over Virginia.