Durant el mes de setembre i a principis d'octubre, l'Exèrcit de Cumberland va ser reforçat per les tropes de l'Exèrcit de Tennessee, comandat pel Major General William Tecumseh Sherman, juntament amb dos cossos de l'Exèrcit del Potomac sota el Major General Joseph Hooker. Ulysses S. Grant, ara al comandament general de les forces de la Unió a l'oest sota la recentment creada Divisió Militar del Mississipí, va substituir Rosecrans en el comandament amb George H. Thomas; Grant tenia el comandament de les forces combinades de la Unió. Durant les primeres hores del matí del 27 d'octubre, les forces de la Unió van capturar el Brown's Ferry, que va obrir una ruta de subministrament a Alabama; un contraatac confederat a Wauhatchie durant la nit del 28 d'octubre 29 va intentar recapturar el ferri però va fracassar. Bragg després el 5 de novembre va enviar el cos de Longstreet a Knoxville i gairebé tota la seva cavalleria, reduint la força del seu exèrcit; Bragg esperava que Grant es vingués a veure obligat a separar part de la seva pròpia força per alleujar la guarnició de la Unió a la ciutat. L'atac final de la Unió contra l'exèrcit confederat va començar el 24 de novembre, quan Hooker va capturar Lookout Mountain
i amenaçava el flanc esquerre confederat. L'endemà, Sherman va atacar el flanc dret confederat a Missionary Ridge, però es va quedar en un estancament. Per ajudar a Sherman i per atraure les unitats confederades des de la dreta, Grant va ordenar una manifestació contra el centre confederat. Aquesta demostració de Thomas es va convertir en un atac complet que va trencar la línia confederada. Bragg es va retirar al nord de Georgia, reagrupant-se al voltant de Dalton. La seva sol·licitud de ser alliberat va ser acceptada l'1 de desembre. Hardee va prendre temporalment el comandament de l'exèrcit, però va rebutjar una oferta o comandament permanent. En lloc d'això, Davis va nomenar Joseph Johnston com a comandant de l'exèrcit el desembre de 1863.