A principios de mayo de 1864, las fuerzas federales al mando del mayor general William T. Sherman comenzaron a luchar contra el ejército confederado de Tennessee. Lo que estaba en juego era Atlanta, un importante centro manufacturero y ferroviario. Sherman tenía 110.000 hombres en tres ejércitos alrededor de Chattanooga. Enfrentándose a ellos en Dalton, a ochenta millas al norte de Atlanta, el general Joseph E. Johnston tenía 53.800 oficiales y hombres presentes en el servicio. En el plazo de un mes, los confederados recibieron 15.000 refuerzos, lo que convirtió al ejército de Johnston en el más grande del Sur en ese momento. A pesar de su gran número, el plan de Johnston consistía en tomar una fuerte posición defensiva y esperar a que el enemigo lo atacara.
Mientras los dos ejércitos intercambiaban ataques cortos y agudos en Resaca el 14 y 15 de mayo, McPherson cruzó el río Oostanaula y Johnston se retiró de nuevo. Tras el intento fallido de Johnston de atacar al ejército de Sherman en Cassville el 19 de mayo, el frente se desplazó a través del río Etowah a la zona de Dallas-New Hope Church-Pickett’s Mill, donde se produjeron combates inconclusos del 25 al 28 de mayo. Johnston se atrincheró en Kennesaw Mountain, rechazando los asaltos de Sherman el 27 de junio antes de ser flanqueado de nuevo. Al acercarse al río Chattahoochee, Sherman amagó a la derecha y consiguió que las tropas cruzaran río arriba. El ejército sureño se retiró hacia Atlanta el 9 y 10 de julio.
Alarmado por la pérdida de territorio de Johnston y su fracaso en atacar a Sherman, el presidente Jefferson Davis relevó a Johnston, y lo reemplazó con el teniente general John B. Hood. El cambio se produjo el 18 de julio, momento en el que las fuerzas del Norte, que contaban con unos 80.000 efectivos, se encontraban a sólo cinco millas de Atlanta.
El ejército de 50.000 hombres de Hood, inmovilizado en las fortificaciones de Atlanta, se enfrentaba a dificultades, pero Hood cumplió el deseo de la administración de que Atlanta no se rindiera sin luchar. El 20 de julio, Hood atacó sin éxito al ejército de Thomas al norte de la ciudad en Peach Tree Creek. Dos días después, al este de Atlanta, Hood envió al cuerpo del teniente general William J. Hardee en un ataque de flanco tan audaz como el de Stonewall Jackson en Chancellorsville. El comandante del ejército de la Unión, McPherson, murió en la batalla más sangrienta de la campaña. Aunque Hood estuvo más cerca de la victoria que en ningún otro momento, los confederados fueron finalmente rechazados.
Sherman no pretendía asaltar los fuertes terraplenes que rodeaban Atlanta, sino que planeaba capturar la ciudad cortando sus vías férreas y haciendo que Hood muriera de hambre. Las tropas de la Unión habían cortado la línea que iba hacia el este, hasta Augusta, y la caballería de Alabama había dañado la línea hasta Montgomery. Sólo el Macon & Western Railroad mantenía abastecido al ejército de Hood. Los movimientos de Sherman al oeste de la ciudad para cortar ese ferrocarril condujeron a batallas en Ezra Church el 28 de julio y en Utoy Creek del 5 al 7 de agosto. Mientras Hood extendía sus líneas durante el mes de agosto, la artillería de Sherman bombardeó la ciudad y a los varios miles de residentes que quedaban. Las incursiones de la caballería federal destinadas a cortar el ferrocarril occidental de Macon & fracasaron estrepitosamente. Por esta época, Hood envió al mayor general Joseph Wheeler y su caballería al norte de Georgia y Tennessee para cortar las líneas ferroviarias de Sherman; también fracasaron.
Finalmente, el 25 de agosto, Sherman envió la mayor parte de su cuerpo de infantería en un amplio giro hacia Jonesboro, 17 millas al sur de Atlanta, decidido a cortar el ferrocarril. Las tropas de la Unión lo alcanzaron el 31 de agosto. Con su llegada y victoria allí, la última línea de vida a Atlanta fue efectivamente cortada. Hood se vio obligado a abandonar Atlanta en la noche del 1 de septiembre, y la ciudad se rindió a las fuerzas federales a la mañana siguiente.
Las bajas de la campaña de cuatro meses sumaron aproximadamente 34.500 para el Norte y unas 35.000 para el Sur. La captura de Atlanta por parte de Sherman fue un gran golpe para la Confederación, que prácticamente aseguró la reelección del presidente Abraham Lincoln dos meses después, y preparó el terreno para la Marcha al Mar de Sherman.