Williamson es va recuperar a temps per participar en la campanya de Vicksburg i el següent setge de Vicksburg. Després de la caiguda de la ciutat, va assumir el comandament de la 3a Brigada, 1a Divisió, XV Cos fins al setembre de 1863, després va comandar la 2a Brigada, 1a Divisió, XV Cos a la Batalla de Chattanooga. La divisió de Williamson, comandada per Peter J. Osterhaus, va ser temporalment adscrita a les forces sota Joseph Hooker i va participar a la Batalla de Lookout Mountain
- No. La divisió va ser retornada a l'Exèrcit del Tennessee i Williamson va dirigir la 2a Brigada durant la Campanya d'Atlanta. A la Batalla de Jonesborough va ser ferit a la mà. El 19 de desembre de 1864 va rebre una promoció de brevet a general de brigada dels Voluntaris dels Estats Units, el 13 de gener de 1865 una promoció completa a general de brigada i el 13 de març de 1865 una promoció de brevet a general major de voluntaris. Breument durant l'estiu de 1865 va comandar el districte de St. Louis i va ser reclutat del servei voluntari el 24 d'agost de 1865, però estava en una gira d'inspecció dels llocs de l'exèrcit a l'oest i no ho va descobrir fins que va tornar a l'octubre de 1865.