A Chickamauga-i csata során Mitchell vezette a James B. Steedman parancsnoksága alatt álló hadosztályt, amely a második napon későn érkezett, és vezető szerepet játszott abban, hogy segítsen George H. Thomasnak megtartani a Horsehoe-hegység tetején elhúzódó pozícióját. A Tennessee állambeli Chattanooga közelében a Missionary Ridge csatában Mitchell támogatta William T. Sherman tábornok támadó oszlopát. Később átköltözött Ambrose Burnside segítőjéhez Knoxville ostroma alatt. Az 1864-es atlantai hadjárat során Mitchell vezette az ellenséges pozíciók előretörését a Rocky Face Ridge-i csata során. Az ezredje súlyosan szenvedett a
Resaca csata és kiemelkedő szerepet játszott a Dallas és a New Hope Church csatáiban. A régi 113-as több mint száz embert vesztett a Kennesaw hegyi támadásban. Mitchell Thomasnak jelentett, és átvette a parancsnokságot a különálló XIV hadtest felett a Nashville-i csata és a John Bell Hood visszahúzódó konföderációs hadseregének utáni üldözése során.