Williamson toipui ajoissa ja osallistui Vicksburgin taisteluun ja Vicksburgin piiritykseen. Kaupungin kukistumisen jälkeen hän otti komennon 3. prikaatista, 1. divisioona, XV korpusta syyskuuhun 1863 saakka ja sitten komensi 2. prikaatiota, 1. divisioona, XV korpusta Chattanoogan taistelussa. Williamsonin diviisiota komensi Peter J. Osterhaus. Se liittyi väliaikaisesti Joseph Hookerin joukkoihin ja osallistui
Lookout-vuoren taistelu. Divisioona palautettiin Tennesseen armeijaan ja Williamson johti 2. prikaatia Atlantan kampanjan aikana. Jonesboroughin taistelussa hän haavoittui käteen. 19. joulukuuta 1864 hän sai brevetin ylennyksen USA:n vapaaehtoisten prikaatitar kenraaliin, 13. tammikuuta 1865 täyden ylennyksen prikaatitar kenraaliin ja 13. maaliskuuta 1865 brevetin ylennyksen vapaaehtoisten kenraalimajuriin. Lyhyesti kesällä 1865 hän komensi St. Louisin piirikuntaa, ja hänet kutsuttiin vapaaehtoispalvelukseen 24. elokuuta 1865, mutta hän oli tarkastuskierroksella armeijan asemien tarkastuksessa lännessä, eikä saanut sitä selville ennen kuin hän palasi lokakuussa 1865.