Durante o mes de setembro e comezos de outubro, o Exército de Cumberland foi reforzado polas tropas do Exército de Tennessee, comandadas polo xeneral William Tecumseh Sherman, xunto con dous corpos do Exército do Potomac baixo o xeneral Joseph Hooker. Ulysses S. Grant, agora no mando xeral das forzas da Unión no oeste baixo a recentemente creada División Militar do Mississippi, substituíu a Rosecrans no mando con George H. Thomas; Grant tiña o mando das forzas da Unión combinadas. Durante as primeiras horas da mañá do 27 de outubro, as forzas da Unión capturaron o Brown's Ferry, o que abriu unha ruta de subministración a Alabama; un contraataque confederado en Wauhatchie durante a noite do 28-29 de outubro intentou recuperar o ferry pero fallou. Bragg enviou entón o 5 de novembro o corpo de Longstreet a Knoxville e case toda a súa cabalería, reducindo a forza do seu exército; Bragg esperaba que Grant se vería obrigado a separar parte da súa propia forza para aliviar a guarnición da Unión na cidade. O ataque final da Unión contra o exército confederado comezou o 24 de novembro, cando Hooker capturou a montaña Lookout
e ameazou o flanco esquerdo confederado. O día seguinte, Sherman atacou o flanco dereito confederado en Missionary Ridge, pero quedou estancado. Para axudar a Sherman e atraer as unidades confederadas da dereita, Grant ordenou unha manifestación contra o centro confederado. Esta demostración de Thomas converteuse nun ataque completo que rompeu a liña confederada. Bragg retirouse ao norte de Georgia, reagrupándose arredor de Dalton. O seu pedido de ser relevado foi aceptado o 1 de decembro. Hardee tomou temporalmente o mando do exército, pero rexeitou unha oferta ou mando permanente. En cambio, Davis nomeou a Joseph Johnston para comandar o exército en decembro de 1863.