В результате этой операции днем 27 октября в Чаттанугу вошел длинный обоз с продовольствием, обмундированием и боеприпасами. Особенно солдаты оценили крекеры, вошедшие в их рацион, поэтому они назвали открывшуюся трассу «крекерной дорогой». Брэгг пытался ликвидировать эту дорогу в ближайшую же ночь, но северяне отбили натиск южан. Открытие «крекерной дороги» означало частичное снятие блокады Чаттануги и послужило причиной перелома в населении осажденного гарнизона, не чувствовавшего себя более обреченным на длительную осаду и голодную смерть.
Готовясь к деблокированию Чаттануги, Грант изучил все укрепления города и его окрестностей, внося исправления в неточные карты. Он с нетерпением ожидал подхода армии У. Шермана, который прибыл в Бриджпорт к 15 ноября. 17-тысячная армия Шермана проделала по железным дорогам и на судах по рекам путь в 675 миль и почти без отдыха сразу же двинулась к Чаттануге.
Грант предложил Шерману оригинальней план: имитировать уход из Чаттануги в направлении Ноксвилла, а затем повернуть назад и возвратиться к Чаттануге с северо-востока, чтобы нанести мятежникам неожиданный удар. К южанам были отправлены «дезертиры» с информацией о том, что в Чаттануге царит голод и нечем кормить даже армию Шермана, которую и решено отправить в Ноксвилл. Брэгг еще до этого отправил в Ноксвилл 20-тысячный корпус, а поверив дезинформации, — еще и корпус Букнера. В результате армия Брэгга насчитывала 40 тысяч человек, в то время как у Гранта была 61 тысяча солдат Шермана, Томаса и Хукера. (Бурин С. Н. На полях сражений гражданской войны в США. М., 1988, С. 110.)
Выполняя план Гранта, армия Шермана действительно прошла некоторое расстояние по западному берегу Теннесси, затем переправилась обратно и стремительно двинулась к Чаттануге. На рассвете 23 ноября солдаты Шермана вышли к северной оконечности хребта Миссионер почти без боя заняли первые траншеи мятежников. В тот же день час Томаса атаковали противника у юго-восточных окраин Чаттануги, прижав его к западному подножию Миссионера.
Рано утром 24 ноября бой возобновился, но части Шермана остановились у железнодорожного тоннеля, проходившего сквозь хребет Миссионер, так как перед ним лежало ущелье, не обозначенное картах. Подходы к тоннелю были тщательно укреплены мятежниками и охранялись опытными снайперами.
В это же время солдаты Хукера начали наступление на южан у горы Дозорная высотой 500 футов и к двум часам дня овладели вершиной, считавшейся неприступной. Было захвачено несколько орудий и 2,5 тысячи пленных, остатки мятежников отступили по склону горы. День был безоблачным, но северяне карабкались вверх почти на ощупь в густом тумане, поэтому этот бой чуть позже названа «битвой за облаками».
Части Томаса в тот день простояли на месте, так как Грант накануне приказал им атаковать одновременно с Шерманом, а тот застрял у тоннеля. На третий день рано утром Шерман возобновил атаки на позиции мятежников у тоннеля, но понес большие потери и остановился Томас опять не поддержал Шермана, полагая, что ему надо дожидаться Хукера, а тот после успешного боя на Дозорной двигался крайне медленно и на несколько часов застрял у небольшой речки. Тогда Грант приказал Томасу начать наконец наступательные действия, атаковать правый фланг южан, занять их окопы у подножия Миссионера и двигаться дальше. Это была решающая фаза сражения. Из форта Вуд был дан условный сигнал шестью орудийными выстрелами, следовавшими один за другим. 24,5 тысячи солдат и офицеров Камберлендской армии ринулись вперед, прорвались в «мертвую зону», где огонь противника уже не мог их достать. Не выдержав этого натиска, южане побросали винтовки и побежали вверх по склону хребта. Наступавшие не стали закрепляться в окопах, а в едином порыве бросились дальше к вершине Миссионера под ураганным огнем противника. Грант пытался выяснить, кто отдал приказ об этом штурме; оказалось, что этот подвиг совершен без приказа. Один из генералов говорил так: «Когда эти ребята заведутся, всем чертям ада не остановить их». (Бурин С. Н. Указ, соч., с. 112.)
Командующий мятежников Брэгг перебросил к Миссионеру часть войск с правого фланга, но это уже не могло спасти положения. Северяне приближались к вершине хребта. Южане поджигали запалы ядер и сотнями сбрасывали их на головы наступавшим солдатам, но и это не помогало. Почти одновременно в шести разных местах на гребень хребта ворвались дивизии Шеридана, Вуда, У. Хейзена, Бэйрда, Э. Джонсона и Уайтейкера. Шеридановцы буквально опрокинули штаб-квартиру Брэгга, который бежал со своей свитой. Некоторые группы южан пытались сопротивляться и даже контратаковать. Например, дивизия Пэта Клебурна сумела создать арьергард, и какое-то время сдерживала натиск частей Шеридана, вырвавшихся вперед. Большая часть Камберлендской армии, совершив почти чудо, остановилась на вершине хребта, не в силах продолжать преследование противника. Они провозгласили клич: «Чикамо-га!» — в память о погибших два месяца назад у «Кровавой реки» товарищах. А дивизия Шеридана продолжала преследование противника вплоть до темноты. Южан почти нагнали у ручья Чикамога, но большинство успело переправиться по понтонному мосту. Тогда Шеридан приказал поджечь его; в результате несколько сот южан, не успевших переправиться, попали в плен.