1864年夏，军事形势的明显逆转，更加使北部人感到震惊，因为在这年初邦联的前途一度十分暗淡。南部的兵力尚不及北部的一半，而且没有更多的后备人力可资利用，而北部则可以动员成千上万的新的志愿人员和应征入伍者。联邦军占领了田纳西全境，邦联外密西西比军区与其他地区的联系被切断，南部铁路系统陷入混乱，各种物资都很缺乏。南部领导人就1863年失败的责任问题正互相攻讦，而强大的北军已剑拔弩张，准备撕杀一场了。邦联陆军部的一位军官在1863年11月6日的日记中写道：“我从未对这事业真正感到绝望……[但现在]坚定的信念已经消逝了，我感到毫无希望了。”
然而，事情并非完全像表面现象那样地毫无希望。邦联前线部队在冬季营地掀起的宗教复兴浪潮的推动下，仍然保持着高昂的士气。南军几乎全是老兵，而北军中三年服役期的士兵在1864年就已服役届满，这预示着北军各团战斗力的下降，事实上，邦联在1864年也有许多士兵服役期满三年，但根据新近修订的兵役法，这些人员应全部再次应征入伍。
与此相反，北军士兵服役期满后即可随意离队。如果他们都这样退役，那么就会有将近一半的作战部队——尤其是有三年作战经验的最优秀的老兵的一半——退役了。联邦政府并未强迫这些士兵再次应征入伍，而是靠说服和引导的方法，唤起他们的爱国热忱和自豪感，加上给每个再次入伍者30天休假和300美元的联邦津贴(此外，许多士兵还从州里和地方领取津贴)。一半以上的三年老兵再次入伍了。 [ 注：波托马克军团的三年老兵有半数左右再次入伍。西部部队中再次入伍者的比例则更高些。 ] 有些人觉得很光彩，但多数人大概都处于下面两个二等兵所表现出的那种精神状态。这两个士兵隶属曾参加波托马克军团历次主要战斗并遭受重大损失的一个马萨诸塞团。其中一人说：“在这里，他们使用一个人就好比在射击比赛中对待一只火鸡，朝它开上一天的枪，要是没打死，就在傍晚用抽签的办法把它卖掉；他们就是这样对待我们的，要是在三年中没有杀死你，就要求你再干三年——不过，我倒愿意呆下去。”他的同伴补充道：“要是新兵没有完成这项任务，那老兵就一定得完成之。”
要是没有这些“老志愿人员”(他们佩有特殊的V形臂章)，联邦军在1864年就已变成空架子了。由于不少新兵都不是当兵的材料，这就使情况变得更为严重。津贴领取者、替身和应征入伍者源源不断地涌入老兵所在各团的营地，以增强实力。他们都是些“北部贫民窟的社会渣滓”、“各国的败类，……身上打有烙印的囚徒，……窃贼、走私犯和无业游民”，他们把1861年入伍的士兵搞得目瞪口呆。来自新罕布什尔州的一个老兵不无夸张地写道：“以前从未有哪支部队因这么一伙作恶多端，走投无路的堕落分子而蒙受耻辱。”另外一位老兵评论道：“如果放心地让这些家伙去放哨，要不了多久，部队就会进地狱。”许多士兵一有机会就溜之大吉。格兰特在1864年9月通报陆军部：“我们用这种方式招来的士兵差不多全都开了小差。根据北部公布的招募新兵数额，我们没有招来超过五分之一的合格士兵。”这些因素使北部那种表面上的数量优势大大地下降。这些因素加上南部在防御作战方面的优势，使得北部经过很长一段时间才消除了邦联赖以生存的这一特殊条件。
1864年的联邦军事战略
为了协调各条战线上的战略，北部于1864年实行了统一的指挥系统。林肯早在1862年任命哈勒克为陆军总司令时就有这个打算，但是哈勒克推卸了这一责任。1864年3月，格兰特前往华盛顿担任哈勒克的职务。 [ 注：国会恢复了中将军衔。过去只有乔治·华盛顿领有这一军衔(温菲尔德·斯科特仅取得该荣誉军衔)。林肯提升格兰特为中将，并任命他为陆军总司令。 ] 但是，格兰特并不想当坐办公室的将军。此后，他把自己的司令部设在波托马克军团，从而实际上成为该军在战略方面的战地司令官，而米德则保留虚衔，实际上当战术司令官。哈勒克欣然让位，下去当陆军参谋长。他呆在华盛顿，而他的办公机关则起到通讯中心和作战中心的作用，把格兰特的命令传达给其遥远的部属。
林肯终于有了一个在战略思想上与他相投的总司令，可以放手让格兰特果断地行动，而不必像对弗吉尼亚战场的前几任指挥官那样地不断督促了。格兰特认为，联邦军各部队过去“独立行动，缺少协调，就像几匹不愿拉车的马，没有哪两匹马的劲往一处使。”这就放纵邦联能把部队从一个地点调到另一个地点，以解燃眉之急。林肯在过去两年中一直试图让数条战线的部队齐头并进，而现在格兰特已制定出这样一个全面计划。他向绵延一千英里的五条战线上的联邦部队发出命令，要他们在春季尽早打响几个协调行动的战役。
拥有约115,000兵力的波托马克军团将出击拥有64,000人的强敌北弗吉尼亚军团。格兰特对米德说：“你的出击目标是罗伯特·李的军团。李开到哪里，你就追到哪里。”弗吉尼亚州境内的两支小部队将在主战场的外围作战：本杰明·巴特勒将从门罗要塞出发，率军30,000溯詹姆斯河而上，从东面威胁里士满，并防止敌军增援罗伯特·李部。同时，正在西弗吉尼亚指挥分散之联邦部队的弗朗兹·西格尔将深入谢南多厄河谷，以阻止罗伯特·李得到河谷中的物资和守军的支援。正如林肯恰如其分地形容的巴特勒和西格尔所起的辅助作用：“没有参加剥皮的可以扯住一条腿。”
佐治亚战场的主要性仅次于弗吉尼亚。谢尔曼的100,000大军与约翰斯顿的50,000大军(在战役打响时增至65,000人)在这里对峙着。格兰特命令谢尔曼：“对约翰斯顿的部队采取行动，击溃敌军以后，即从速楔入敌占区内部，尽量破坏其战争资源。”班克斯将从新奥尔良移师莫比尔城下，一俟占领该重要港口，就挥师东北，穿越亚拉巴马州直抵佐治亚州，再与谢尔曼合作，在一次钳形运动中粉碎邦联军在该地区的一切抵抗。
几次辅助性战役的失利
不过，辅助性战役计划与大多数军事计划一样，也出了差错。这部分地是因为邦联军仍拥有很强的防御力量，而且也因为联邦军的政治将军——班克斯、巴特勒和西格尔——并未按计划行事。其实，班克斯的莫比尔战役根本就没有打响，虽然这并不完全是他的过错。
雷德河战役
格兰特和班克斯早在攻下维克斯堡后就希望对莫比尔采取行动。但是，林肯却命令班克斯的海湾军入侵得克萨斯州。当时，法国正在墨西哥建立傀儡政府，总统很想以联邦在得克萨斯州的军事存在给予法国一点警告。班克斯在1863年所能做到的，不过是把旗帜插上得克萨斯湾沿岸的几块飞地而已。然而，他1864年3月在路易斯安那州的雷德河溯河而上，准备打一场大规模的战役。他的意图是拿下施里夫波特，并以此为跳板远征得克萨斯州。
邦联军的作战部队为数30,000，分为各个分遣队驻在埃德蒙·柯比·史密斯直辖的外密西西比军区周围。路易斯安那州的叛军主力由理查德·泰勒指挥，他是前总统扎卡里·泰勒的儿子。班克斯拥有一支27,000人的部队(其中有10,000人是向谢尔曼借来的)，得到戴维·波特舰队司令威力强大的内河装甲舰队的支援。与班克斯协同的是一支从小石城南下的联邦军，人数为15,000。格兰特一开始就认为，这个战役是一次徒劳的箝制行动。他命令班克斯迅速完成这一战役，然后驻守什里夫波特，再把主力部队调至新奥尔良，以发动莫比尔战役。但是，班克斯迟迟不采取行动，把战斗打得一塌糊涂。4月8日，泰勒的部队在位于什里夫波特南面40英里的萨宾交叉路口，击溃了班克斯的先遣师。翌日，联邦军在普莱森特山，守住了阵地，给前来追击的邦联军以迎头痛击。
如果是一位生气勃勃的将军，说不定在取得这一次战术性胜利后会迅速进军什里夫波特，但班克斯却决定撤退。他获悉，来自阿肯色州的联邦军纵队无法与他会师，因为糟糕的道路和邦联军的炮兵已迫使他们返回小石城。更糟糕的是，已经浅得反常的雷德河的水位还在迅速下降，并大有可能把波特的整个舰队困在亚历山德里亚的滩头上。一位威斯康星的伐木工人出身的上校避免了这一灾难。他监督修建了一组巧妙的水闸，从而使舰队驶过滩头。俟班克斯的部队返回下游时，攻打莫比尔已嫌过迟。借自谢尔曼的10,000部队并未在佐治亚州与谢尔曼会师，而是前往密西西比州去对付福里斯特了。林肯的得克萨斯战役从未在得克萨斯实施。邦联军仍控制着得克萨斯州、路易斯安那北部和阿肯色南部。马克西米利安在法国的支持下当上了墨西哥皇帝。班克斯虽然仍负责路易斯安那南部的军事政府，但却被解除了战地指挥的职务。
詹姆斯河战役与谢南多厄河谷战役
当班克斯在路易斯安那州正在遭到败北时，巴特勒和西格尔也在弗吉尼亚州无法贯彻他们承担的那部分格兰特的战略。巴特勒率领30,000装备精良的部队溯詹姆斯河而上，并于5月5日在里士满南面15英里处登岸。他说不定会由此切断里士满通往南方的铁路，占领彼得斯堡，或甚至攻入首都，与临时拼凑的5,000部队和同等数量的由政府职员组编成的临时民兵较量一番。这些行动中的任何一个都会削弱罗伯特·李。当时，李正在北面60英里处与格兰特进行殊死战斗，因为里士满和彼得斯堡之间的铁路是他的生命线。
巴特勒最终一事无成。他的部队并未以其绝对优势大胆地进攻，相反却是掘壕据守，仅扒掉数英里的铁轨，随后才于5月12日小心翼翼地向里士满进军。这时，负责里士满防务的博雷加德将军所调集的部队已在数量上与巴特勒的机动部队(约为18,000人)相当。博雷加德于5月16日在距里士满7英里处的德鲁里悬崖附近发动一次反攻。虽然双方都伤亡惨重，但联邦军还是被击退返回堑壕。这些堑壕位于彼得斯堡以北的詹姆斯河与阿波马托克斯河之间的一条狭长陆地对面。邦联军当时已在这条狭长陆地对面挖掘堑壕了。正如格兰特后来说的那样，巴特勒的部队“像瓮中之鳖一样地被彻底堵截住，已无法对里士满进一步采取直接的作战行动。”巴特勒不仅未能打击罗伯特·李的殿后部队，甚至也无法防止博雷加德把近7,000名援军派往陷入困境的北弗吉尼亚军。
巴特勒虽然表现不佳，但其政治影响仍然很大，林肯无法把他撤职。然而，倒霉的弗朗兹·西格尔却未能逃脱这种命运。正向谢南多厄河谷纵深方向挺进的西格尔于5月15日在纽马克特遭到5,000名邦联军的袭击而溃败。这次战斗之所以为人们所铭记，主要是因为弗吉尼亚军事学院的247名少年学员发起了一次士气高昂的冲锋。西格尔未能完成他的双重使命——切断河谷通往里士满的铁路和阻止增援罗伯特·李的部队。5月21日，林肯解除了他的职务。
怀尔德尼斯与斯波齐尔韦尼亚
格兰特的作战计划是当巴特勒和西格尔分别拖住叛军的两条腿时，由波托马克军团操刀剥皮。现在，他看出全部计划都得由他的部队去单独承担。这项任务不可能轻而易举地完成，因为波托马克军团在为时两周的战斗中所遭受的伤亡比它在内战开始以来的任何一次相当的战斗都更惨重。
5月4日，联邦军各师开始横渡拉皮丹河，去开始一次战役。北部希望通过这次战役，在一两个月内赢得这场战争。格兰特企图绕过罗伯特·李部的右翼，以迫使其部队从堑壕里出来，到空旷的地面作战。罗伯特·李接受了挑战，但他准备不待北方佬走出这个名叫怀尔德尼斯 [ 编者注：怀尔德尼斯(Wilderness)，原意为“莽原”。 ] 的稠密的次生林时，即攻击其侧翼。这是因为，联邦军的人数优势和炮火优势在密林中无法发挥出来。在整整一年前发生的钱瑟勒斯维尔战斗中，罗伯特·李就是在怀尔德尼斯把乔·胡克击败的。这次他又打算向格兰特重演故伎。
怀尔德尼斯战斗
5月5日，罗伯特·李的先头部队与格兰特的南进部队遭遇。大吃一惊的联邦军正面迎敌，实施攻击，从而开始了为期两天的林海激战。森林十分稠密茂盛，士兵们难以直接看到敌人，只能向发出声响和冒烟的地方开火，因这些地方可能有敌人存在。整旅的部队在森林中迷失了方向；军官们简直无法控制那些打得晕头转向的士兵；数以千计的步枪所喷出的火舌引燃了低矮的树丛；大批伤员被活活烧死。多数战斗反复在两条穿过怀尔德尼斯的主要道路的几个交叉路口上进行。第一天结束时，联邦部队仍占据着那几个至关重要的交叉路口。
当夜，格兰特向其手下的精锐部队第二军军长温菲尔德·斯科特·汉考克发出命令，要他在拂晓时分向邦联军右翼倾全力进攻。联邦诸将领知道，朗斯特里特那个军未能在第一天按时到达参加战斗。所以他们仍希望在朗斯特里特于次晨抵达之前就攻击罗伯特·李的侧翼。汉考克在5月6日发动的攻击最初进展尚顺利。叛军右翼被迫后撤一英里，来到一小块林间空地上，这里设有罗伯特·李的指挥所。就在功告垂成之际，横穿密林前进的联邦军各旅开始乱成一团。恰恰在这时，朗斯特里特的生力军迎面开来，其先头部队快步开进林间空地。因遭遇战失利而焦急的罗伯特·李试图亲自率部队去攻击正在重新集结的北军防线。但是，邦联士兵高喊“李将军到后面去”，于是，李便停止行动了。就在这时，朗斯特里特不动声色地指挥了一次反攻，直打得联邦部队人仰马翻。
上午晚些时候，朗斯特里特派他部分部队沿尚未竣工的铁路道口向暴露出来的汉考克的侧翼发动突然攻击。现在轮到邦联军在丛林处处驱逐北军时各自为战了。此时烟雾弥漫，人声嘈杂，朗斯特里特正策马向前，侦察形势时，在一片混乱中，被自己人的流弹击中。(在一年前的一次相似的偶然事件中，斯通沃尔·杰克逊就是在距朗斯特里特倒下的地点不足四英里处中弹的。朗斯特里特虽活了下来，却有五个月未能参加作战行动。)此后，随着汉考克把士兵调至胸墙后面去保卫交叉路口，多数邦联军就从攻击这侧翼的战斗中退下。下午晚些时候叛军的最后一次进攻被击退了。在薄暮时分，邦联军从北面三英里处发动一次攻击，把联邦军的另一翼逼成一个直角；联邦军数百名人员被俘，其中还有两位是将军。
这一形势使人想起了钱瑟勒斯维尔。当时，叛军虽在这附近对联邦军右翼成功地实施了一次进攻，结果却成为失败的开端。但格兰特却不是乔·胡克。一位神经质的旅长曾跑到格兰特面前说：“格兰特将军，这是一场危机。……我对李的手法了如指掌，根据以往的经验，他将全力以赴地楔入我军与拉皮丹河之间，从而切断我们与外界的一切联系。”格兰特声色俱厉地答道：“听到你讲李将如何如何，我打心眼里讨厌。你们当中的某些人似乎总是以为他会突然翻上十几个筋斗，转眼间就同时站到我们背后和两翼了。回你指挥所去，多想想我们打算干什么，而不要去想李打算干什么。”
格兰特是个说一不二的人。联邦军右翼稳定下来，夜幕降临了。次日——5月7日，两军都精疲力竭地躺在各自的胸墙后面。在两天的战斗中，联邦军伤亡17,000人以上，而邦联军的伤亡估计为11,000人——为各自的17%左右。罗伯特·李再次以寡敌众，取得了赫赫战果。过去，波托马克军团每逢这种情况，都是要撤退的。疲惫不堪的老兵们断定，这次也不会例外。一个士兵写道：“我们多数认为，这是又一个钱瑟勒斯维尔，我们第二天就要再次渡河了。”后勤的篷车和大炮在白天后撤似乎证实了这种期待。可是，当夜幕降临，战士们接到南进的命令时，怀尔德尼斯之战的胜负，顿时变得明朗起来，这支军队不再准备撤退了。这些被硝烟熏得黑黝黝的北军士兵，即便刚下过一次地狱，而挥师南去所等待着他们的更是一座地狱，他们还是有一种欢欣鼓舞的感觉。其中的一个士兵后来追忆说：“我们精神焕发，大家雄赳赳地进军。战士们唱起歌来。”格兰特在战争开始前曾向林肯保证：“不管发生什么情况，我们决不会后撤。”东线部队现在认识到，这位来自西线的将军意在把他那种一往无前的进取精神灌输给波托马克军。5月7日至8日夜间，格兰特沿着与第五军行军路线相邻的道路策马徐徐前进时，虽然并不引人注目，还是被战士们认出来了。战士们欢呼起来。这并不是麦克莱伦时代在阅兵场上的那种欢呼，而是老兵们发自肺腑的呼唤。
斯波齐尔韦尼亚战斗
格兰特的目标是斯波齐尔韦尼亚县政府所在地的几个交叉路口，位于怀尔德尼斯东南几英里的地方。他在那里通往弗雷德里克斯堡的交通线将是安全的。而且，由于联邦军插在罗伯特·李和里士满之间，叛军将被迫在格兰特选定的空旷地作战。但是，罗伯特·李挫败了格兰特的这一行动计划，他已命令现由理查德·安德森指挥的朗斯特里特军在5月7日至8日夜间实行强行军，开到斯波齐尔韦尼亚。当安德森的部队在迅猛推进时，联邦军先头各师受到叛军骑兵以及堵在路上的联邦骑兵所阻，进展缓慢。5月8日晨，安德森的士兵迅速开到位于斯波齐尔韦尼亚以北的临时胸墙后面，及时打退了联邦军的进攻。当双方彻夜行军已搞得疲惫不堪的部队陆续开进防线时，格兰特再次发动进攻，但毫无战果。北军在进军斯波齐尔韦尼亚的竞赛中失败了。
目前，衣衫不整的南军占据着堑壕，他们沿着5英里长的堑壕匆匆筑起一道坚固的胸墙。这道胸墙呈巨大的倒马蹄形，掩护着斯波齐尔韦尼亚。格兰特企图攻击该战线西翼末端，但罗伯特·李移师防御这一威胁。格兰特认为，邦联军的中央防线因而削弱，遂于5月10日下午命令发动两次进攻。第一次进攻被击退了，第二次进攻在24岁的埃默里·厄普顿上校的指挥下，一度突破敌军防线。在距叛军堑壕200英尺的树林的掩护下，厄普顿把专门挑选出来的12个团编成密集的四列横队。他率队迅速冲过无人地带。邦联军刚放过两次排枪，北军士兵就像疯子似的狂喊着越过了工事。不过，后续支援的一个师未能利用这个缺口，从而使叛军得以组织一次反击，打退了厄普顿的进攻并重创其部队。
厄普顿的暂时成功使他晋升为准将，并且使格兰特相信，再用一个军的兵力去试用这一战术。厄普顿曾正面攻击邦联军防线的某突出部的西北端；该突出部因其形状而被称作“骡子掌”。格兰特决定对这个突出部的顶端发动一次大规模攻击。他认为该处由于其凸形而造成守军火力分散，因而成为最薄弱的一个地点。5月12日晨4时30分，汉考克的第二军冒雨冲出浓雾，越过邦联军堑壕，其轻而易举的程度出人意料。北军士兵在叫喊声中长驱直入半英里，缴获大炮20门，俘敌3,000人。但他们因这次胜利而失去常态，成为一群无组织状态的兴高采烈地大喊大叫的乌合之众。北军军官尚未把他们组织起来，邦联军就发起反攻，挫败了联邦军的进攻。罗伯特·李再次企图亲率士兵反击，但是士兵们都意识到，如果他阵亡或被俘，他们的事业就注定要失败。于是，他们一边往前冲，一边再次高喊：“李将军到后面去”。汉考克的部队被赶回他们开始时夺取的堑壕。在这里，他们抗击了邦联军一次又一次的攻击。
当这边的战斗在进行时，联邦第六军又在距突出部西面数百英尺处向邦联军堑壕发起进攻。这里是著名的“血角”，这场战争中几次最激烈的战斗就是在这里进行的。双方冒着大雨，无休无止地进行拉锯战。士兵们个个都打红了眼，变成屠杀机器。士兵们独自跳上堑壕的胸墙，飞快地接过战友递来的上好膛的枪，向敌阵射击。一个人倒下去，就会有另一个人跳上来。死伤的士兵在堑壕中躺了三层，其中有些人在泥和血的混合物下面任人践踏。密集的炮火把树和圆木炸成碎片，锥形来福枪弹把一颗近两英尺粗的橡树一截为二。第六军的一位军官写道：“我在谈到我在斯波齐尔韦尼亚目睹的恐怖情景时，从未指望人们完全相信我的话。这是因为，如果我没有身历其境，也不愿相信的。”整整一天又半夜，邦联军牢牢地控制着这些堑壕。此时，罗伯特·李的工兵正在后面一英里处拼命修建一道新防线。午夜过后，战斗终于停止，叛军放弃了骡子掌。联邦军的伤亡为7,000人，而邦联军的伤亡也接近这一数字，其中多数伤亡者都集中在四分之一英里长的一段堑壕前。
格兰特虽削弱了罗伯特·李的防线，但未能取得突破。他现在打算把邦联军诱出防御工事。他先调半数部队围绕叛军的右翼运动，尔后又反扑过来，进攻其左翼。雨不停地下着，部队移动缓慢，而罗伯特·李却可在较短的内部防线上转移兵力，以抗击联邦军。虽然在这个调兵遣将的一周中不时发生激战，并使联邦军和邦联军在斯波齐尔韦尼亚的伤亡分别为18,000人和11,000人，但却并未再度爆发像5月10日和12日的那些战斗。在一次战斗间隙中，联邦军的一个参谋回顾了两军前哨的友好交往：
这些士兵令人莫名其妙——现在，他们一边从早到晚地互相残杀，使数以千计人员伤亡，一边却在彼此打哈哈，交换报纸！……他们的主要话题是口粮配给的多寡和优劣，所经历的行军以及曾与之交战的各团。在这种广泛的争论交谈中，一切个人恩怨都消失得无影无踪了。
格兰特在5月1日发往华盛顿的电报中曾表示：“即使耗费一个夏天，也要在这条战线上一决雌雄。”北部各报接过这句话，大事渲染地报道了联邦军在斯波齐尔韦尼亚的胜利。据一位老记者说，这些报道使北部产生“极度兴奋”，“似乎每个人都认为，战争行将结束”。林肯对这种态度感到苦恼，因为他担心，战争离结束还很遥远，现在过于乐观会使人们产生失望情绪，特别是在伤亡名单报来以后更将如此。
从斯波齐尔韦尼亚到科尔德港
格兰特决心在斯波齐尔韦尼亚决战是根据下述假设的：巴特勒和西格尔将切断罗伯特·李的供应线并威胁其后方，于是，叛军不得不走出堑壕作战或者撤退。5月9日，格兰特还派出10,000名强大的联邦骑兵，由性格猛烈的菲尔·谢里登指挥，深入敌后去袭击罗伯特·李的殿后部队。联邦骑兵摧毁了补给品仓库，扒掉数英里铁轨，在几次战斗中均击败了数量居劣势的叛军骑兵，击毙杰布·斯图亚特及另一位邦联将领，而且他们在被击退以前还一度突破里士满的外围防线。这是一次惊人之举，若不是因为巴特勒和西格尔在此时蒙受战败之辱，就很有可能分割北弗吉尼亚军，并使他们不得不走出堑壕。然而，谢里登的袭击所造成的损失很快得到弥补(尽管失去斯图亚特是无法弥补的)，罗伯特·李的供应线依然畅通无阻。
格兰特在5月14日至19日进行的战术性调动未能把罗伯特·李赶出堑壕。就在此时，他接到有关巴特勒和西格尔的坏消息。这位联邦军统帅因而下令再实施一次远距离侧翼运动，把部队部署在罗伯特·李和里士满之间。然而罗伯特·李再次料到此举，他移师南下20英里，不待联邦军抵达即在北安娜河后面掘壕据守，建立了一道坚固的防线。格兰特对邦联军防御阵地试探了一番，决定不冒险发动进攻，而是再次向左翼运动，并于5月28日渡过帕芒基河。他再次发现，叛军已在离里士满东北不足十英里的托托波托米河后面掘壕据守。因此，格兰特再次——在这个战役中第五次——小心翼翼地向左运动，以包抄罗伯特·李的侧翼。谢里登的骑兵占据了尘土飞扬的荒凉的十字路口科尔德港 [ 译者注：按科尔德港的原文为Cold Harbor，意为“冷港”，据云，此处的小旅店虽提供膳宿，却不备热饭热菜。 ] ，并抗击邦联军步兵的进攻，一直坚守到自己的步兵开到。罗伯特·李绝望地向右转移战线；更多的联邦步兵到达阵线，他们于6月1日傍晚把邦联部队压回去。次日清晨，格兰特下令全线出击，以便在叛军挖好堑壕以前击溃之。但是，半数的联邦军尚在行军途中，他们企图在闷热的夜间靠强行军通过地图上标得并不清楚的地带。但一个军迷失了方向，天亮很久才慢腾腾地进入阵地。许多士兵疲惫不堪，甚至昏昏欲睡，能够作战的就更少了。格兰特不得不把进攻时间推迟24小时。这就给59,000名叛军以充分的时间挖掘一条六英里长的堑壕，其两翼由托托波托米河和奇卡霍米尼河保护。
虽然邦联军防御阵地十分坚固，但格兰特还是决定发起进攻。他已无计可施了，因为再搞一次侧翼运动只会把叛军赶进更为坚固的里士满防御工事。北军老兵很清楚，7月3日清晨等待他们的是什么。许多士兵在头天夜晚把带有姓名住址的纸条别在衣服上，好让人们在战斗结束后识别出他们的尸体。一位战士在日记中写道：“7月3日，科尔德港，我被杀死了。”战斗结束后从他身上发现了这篇日记。7月3日向科尔德港发动的这次进攻是这场战争中代价最高的失败之一。格兰特后来说：“在我下令发动的任何一次进攻中，我最懊悔的就是这一次。”这是50,000名联邦军向防守在三英里长的战线上的30,000名邦联军发动的一次进攻。掘壕固守的叛军步兵和炮兵的密集的正面火力和纵射炮火在很大程度上使这次进攻归于失败。7,000名联邦军士兵非伤即亡，他们多数是在战斗开始后的前几分钟倒下的；而邦联军只损失了1,500人。
谢南多厄河谷与彼得斯堡
某些历史学家错误地把格兰特向罗伯特·李发动的战役说成是一场消耗战。他们认为，格兰特一再发动进攻表明，他情愿遭受严重损失，因为他知道他的损失可以弥补，而罗伯特·李的损失则不能弥补。最后结局虽然如此，但这并非格兰特的本意。他筹划了以智胜敌人的战争，诱敌到空旷地作战。把战斗变成消耗战的是罗伯特·李。他过去曾是最英勇，最具进攻精神的将领之一，却再也不能拿有限的兵力去冒险，走出堑壕去作战了。邦联军再也不能指望用钱瑟勒斯维尔或葛底斯堡的战术或战略去“赢得”战争了。但是，通过保持守势，他们却可以指望长期坚持下去，使北军遭受沉重损失，从而使他们放弃获胜的企图。这一战略在1864年6月开始奏效。在北部，许多曾经奢望格兰特会在一个月内赢得战争的人，现在却痛斥这位将军是个“屠夫”了。同情南部的“铜头蛇”又开始活动，并攻击说，如果选民在11月不选举一位民主党主和派当总统，共和党人将坚持在这场疯狂的战争中解放奴隶，直到所有白人被通通杀光。
因此，出于军事和政治上的原因，格兰特希望避免打消耗战和围攻战。他再次筹划了一系列相互协调的谋略，切断罗伯特·李的交通线，攻击其侧翼，并迫他们走出堑壕，到空旷地进行决战。但是，他再次因邦联军对他的行动作出迅速反应和他的某些将军作战不力而受挫。
联邦军撤出谢南多厄河谷后，即由戴维·亨特将军接替西格尔担任指挥官的职务。亨特是西点军校毕业生和一位职业军人，而且也是反对蓄奴制的激进分子。任命他担任指挥职务，部分是为了满足激进的共和党人。格兰特命令亨特向河谷的纵深方向挺进，切断河谷与里士满的铁路联系，并摧毁邦联军设在林奇堡的军需仓库。同时，格兰特派谢里登的部分骑兵去扒断河谷东部的铁路。谢里登完成任务后，与亨特会师，前去袭击詹姆斯河运河及里士满西南的铁路。与此同时，波托马克军团将渡过里士满东南面的詹姆斯河，以切断罗伯特·李经由彼得斯堡的铁路联系，并击溃必然为保护这些生命线而战的北弗吉尼亚军。
亨特起初进展顺利。他在皮德蒙特击溃了一小股邦联军，随即迅速向林奇堡方向移动。他的纪律松弛的部队被游击队袭击其后勤供应激怒，因而沿途烧杀掠夺。在列克星敦，他们于6月11日焚毁了弗吉尼亚军事学院，这一行动激起了南部人的普遍公愤。罗伯特·李对其后方受到威胁有所警惕，特派朱巴尔·厄尔利指挥10,000人前去进攻亨特，并把自己的大部分骑兵派去截击谢里登。6月11日至12日，此时由南卡罗来纳州的韦德·汉普顿指挥的叛军骑兵在特雷维林车站附近与北军骑兵遭遇，打了一场不分胜负的战斗。谢里登得知亨特还在蓝岭山脉那边，离他有90英里之遥，于是便放弃了与之会师的打算，在轻微地破坏铁路后，便转身向东而去。在这期间，厄尔利指挥的邦联军的行动比亨特快些。他们把一支与亨特旗鼓相当的兵力集结于林奇堡，并于6月18日在那里击退了联邦军的几次无力的进攻。苦于给养和弹药不足的亨特，由于邦联军骑兵和游击队已切断了他北逃的道路，便退入西弗吉尼亚。他不但未能完成格兰特交给他的使命，还把谢南多厄河谷拱手让给了厄尔利的精兵。
在得知亨特和谢里登受挫以前，格兰特自己针对彼得斯堡的军事部署也未得到贯彻，军事活动开始时相当漂亮。6月12日至13日夜间，波托马克军团悄悄地从科尔德港的堑壕撤出，向南转移。整整三天，罗伯特·李一直蒙在鼓里，不知格兰特的去向。邦联军以为，这又是一次短距离的侧翼运动，于是就在里士满东面掘壕布阵，并与联邦骑兵的屏护部队发生了小规模冲突。而这时，北军工兵部队却横跨詹姆斯河建造了一座历史上最长的浮桥(2,200英尺)。到6月15日为止，北军有两个军已抵达南岸，其余部队正在途中，而罗伯特·李的全军仍滞留北岸。博雷加德将军仅以2,500人守卫固若金汤彼得斯堡防御工事，而其对手是正在逼近的第十八军，在人数上七比一，压倒南军。彼得斯堡如果陷落了，南军就将被迫撤离里士满，而罗伯特·李的部队则将被切断——也许战争大概就要结束。
但是，联邦军的几个军长虽得到这样的机会，但处置不当。威廉·史密斯的第十八军于6月15日下午逼近彼得斯堡的防御工事，攻占了防御薄弱的部分防线。联邦军在这天取得的为数不多的几次成功之一是：一个黑人师俘获了两个炮兵连。具有讽刺意味的是，史密斯在两年前曾是麦克莱伦的门徒之一——反对解放奴隶的民主党人，在弗雷德里克斯堡之役后的一次改组中被调出波托马克军团。可是现在，他在回到弗吉尼亚，有机会率领他的由黑人和白人共同组成的部队进入彼得斯堡时，却举棋不定，过高地估计了叛军的实力，坐等第二军与他会师，于是决定不在明朗的月光下发动夜间攻击。
这种失误在此后三天中屡有发生。博雷加德虽然从罗伯特·李部得到了增援，但是北军的兵力在6月16日仍然超过他，是他的四至五倍。北军在这天晚些时候发动了进攻，占领了敌人的部分防线；但是，由于联邦各军之间缺乏协调，从而使博雷加德能够防止一次突破。次日的情况依然如此，因为虽然北军占领了更多的阵地，但这对博雷加德来说，是“邦联军最后时刻的来临”。联邦军指挥系统在上情下达方面搞得很糟糕，出现了使进军陷于停顿的贻误和自相矛盾的命令。是夜，博雷加德又把防线后撤一英里，几乎到了彼得斯堡的外围；同时，罗伯特·李则把那些余下的营养不良的老兵以最快的速度开进这些堑壕。格兰特计划在他们全部抵达前的6月18日发动一次进攻。就像前些天一样，他把战术布署全部交给米德。这可能是个失误，因为波托马克军团的指挥系统再次运转不灵。性情暴躁的米德终于怒气冲冲地给他的将领们发出一份电报：“我发现，规定用一个小时的时间实现协作毫无意义。……我想像不出，你们会要求我进一步下达何种进攻命令。……我发现，规定用一个小时实现协作进攻是不可能的。因此，我已向各军军长下达一道命令：务必发动进攻，不必彼此考虑。”
问题在一定程度上是由于官兵们都染上了可称之为“科尔德港综合症”——不愿向堑壕发起正面进攻。一位将军说道：“这些士兵正处于极度的恐怖之中，害怕再次进攻土方工事。”另一位将军写道：在对堑壕发动的自杀性进攻中，“愚蠢而无缘无故地牺牲”战士。6月18日下午，一个老兵连对进攻邦联军防线一个防守坚固的据点的命令拒不执行。他们还向正准备发动进攻的一个新兵团高喊：“卧倒，你们这些大傻瓜，你们拿不下那些堡垒！”新兵们坚持发动进攻，850人中就损失了632人。
格兰特和米德终于取消了这些进攻。联邦军上次就贻误了攻占彼得斯堡的时机，邦联军的援军开到后，进攻便化为泡影。在为时四天的战斗中，北军损失11,000人以上，而南军的损失却不及北军损失的一半。波托马克军从怀尔德尼斯一路打到彼得斯堡，伤亡约为64,000人，战士的血都流尽了。这个数字恰好与罗伯特·李在这次战役开始时拥有的作战部队人数相等。这些损失，以及该年春、夏两季服役期满的18,000人，使波托马克军锐气大减。罗伯特·李亦损失了半数部队。不过，剩下的部队、增援部队和博雷加德的老兵则有长达数英里的精心构筑的堑壕、凸角堡、堡垒和鹿寨的掩护。格兰特不得不决心实施围困，这是他本希望避免的情况。联邦骑兵和步兵每隔一段时间就发动一次袭击，以切断罗伯特·李在彼得斯堡南面的铁路、公路交通线。这些行动虽然只取得部分成功，但也确实恶化了罗伯特·李已经很严重的供应问题。格兰特还坚决向南和向西扩展他那由堑壕组成的防线，以迫使罗伯特·李拉长自己的防线，从而削弱了他的防御。
火山口战斗
联邦军最有希望冲破这些防御工事的一次努力——著名的火山口战斗——以惨败而告终。这再次表明，那些给波托马克军团添乱的军官们运气不佳，力不胜任。联邦军第四十八宾夕法尼亚团的那段防线正对着邦联军炮兵的一座凸角堡。该团有许多来自斯库尔基尔县的煤矿工人。有一天，该团的亨利·普莱曾茨上校无意中听到一个士兵说：“我们要是能在这座该死的碉堡下面挖条巷道，就可以炸掉它。”普莱曾茨入伍前是个工程师，他很欣赏这个主意，并说服了伯恩赛德将军(现为他过去指挥的那个军团辖下的一个军的军长)采纳了这个意见。米德的工兵对这一工程嗤之以鼻，称之为“哗众取宠，一派胡言”，因为巷道必须挖500英尺以上才能到达邦联军防线，而这需要一些通气孔，从而肯定会被叛军发现。但是，普莱曾茨设计了一种巧妙(但不引人注意)的通风系统，在没有工兵部队的任何帮助的情况下，他的士兵在敌人的防线下面挖掘巷道。随后他们又在巷道内填进四吨炸药。
起初还表示怀疑的格兰特，后来逐渐抱有希望，这个地雷坑会在邦联军堑壕内炸出一个洞口，通过这个洞口发动强大进攻，席卷敌人左右两翼，长驱直入彼得斯堡。伯恩赛德的第九军有三个自怀尔德尼斯之役以来一直连续苦战的白人师，还有一个根本就未见过一次真正战斗的黑人师。虽然黑人部队在好几条战线上都有成功的记录，其中包括6月15日对彼得斯堡外围工事发动的进攻，但波托马克军团的多数军官仍对他们的战斗力表示怀疑。根深蒂固的偏见是很难消除的。但是，伯恩赛德是个对反对蓄奴制持同情态度的新英格兰人，他决定给他的黑人师以专门的进攻训练，以在攻击时担任前锋。战士们对这个任务反应热烈。一位旅长写道：“官兵们个个磨拳擦掌，他们要给白人部队看看黑人师的本事有多大。”
地雷坑预定在7月30日黎明前起爆。黑人师已作好打前锋的准备。但是，米德经格兰特批准，在最后一刻却下令由白人师打头阵。显然，将军们仍不信任黑人师的作战可靠性，而且，他们不愿让人们谴责他们拿黑人士兵当炮灰。格兰特后来在战争指导委员会上作证说：如果让黑人部队率先冲锋，而战斗结果却很糟糕，别人就会说“我们把他们推到前面去送死，其原因是我们对他们毫不关心。但是，我们若把白人部队推到前面去，人家就不会这样说了。”
由于米德下令改变攻击队形，伯恩赛德大为泄气，结果他的战术指挥搞得很差，地雷坑把300名叛军送上天，炸开一个170英尺长，60英尺宽，30英尺深的洞。这是这场战争中最令人生畏的景观了。火山口两边200英尺处的邦联军都惊得呆若木鸡，他们丢下堑壕，向后方仓皇逃命。但是，此后联邦军一错再错。冲锋在前的白人师由于毫无准备，在前进中阵形混乱，而他们的指挥官却呆在后面，狂饮从军医那里讨来的朗姆酒，以稳定其紧张情绪。北军来到火山口边缘，目睹这个景象，惊得目瞪口呆。混乱中他们在那里转来转去。许多人进入火山口内，而不是向主右两翼成扇形展开，以组成进一步推进的队形。呆在后面的将军们派出了更多的部队，火山口挤满了乱成一团的士兵。从冲击中恢复过来的邦联军调来大炮，轰击火山口的北军士兵，简直就像是在打桶里的鱼。南军步兵发起反攻，把开出火山口的少量联邦军压了回去。到黑人师投入战斗时，败局已定。白人部队惊慌失措地向后方涌去，黑人士兵不得不在人流中开辟前进道路，就是在这种情况下，黑人仍打得很好，他们遭受的伤亡比哪个师都大。但是，他们也在混乱中被打得败下阵来。许多叛军士兵一看到北军把过去的奴隶派来与他们对阵，便燃起无名怒火，就对那些愿意投降的黑人士兵，进行刺杀或射击。
格兰特承认失败，最后放弃了进攻。他电告华盛顿：“这是我在这场战争中所目睹的最令人沮丧的事情。我从未见过，也不想再有这种攻克防御工事的机会。”组织这次反攻的邦联军将领威廉·马洪写道：在爆炸后的一小时内，“无论如何也无法避免……把邦联军分割为二，……从而敞开通往邦联首都后方的大门。”火山口战斗一结束，对彼得斯堡的围困仍像过去一样。至今，那里地面上还留下一个巨大的洞口，这是为一个错过的机会而留下的纪念物。
厄尔利袭击华盛顿
这次惨败并未使联邦在1864年7月向失败的痛苦经历告别。就在火山口战斗打响的同一天(7月30日)，一支邦联军骑兵从谢南多厄河谷开进宾夕法尼亚州的钱伯斯堡镇，由于居民们拒绝交纳500,000元的献金，致使该镇大部分被焚为平地。这是朱巴尔·厄尔利在三个星期前率领小股部队袭击华盛顿外围后进行的最后袭击。厄尔利在6月把戴维·亨特的联邦部队逐出河谷之后，他的14,000名老兵——其中有很多人曾在杰克逊指挥下在此河谷作战——开始北进，企图重新实行杰克逊在1862年采用的战略：威胁华盛顿，以减轻对里士满的压力。7月5日，叛军渡过波托马克河，7月9日在弗雷德里克以东的莫诺克西河击溃了联邦军的一支临时拼凑起来的部队，并于7月11日向华盛顿西北的防御阵地进逼。起初，守卫这些防御工事的是一支很小的部队，还有匆匆动员起来的政府职员和未经训练的民兵，因为卫戍部队已大都被格兰特搜罗到弗吉尼亚前线。格兰特为响应政府的增援要求，从彼得斯堡派出了第六军。7月11日下午，这些坚强的老兵顺序进入工事。此时，厄尔利前有格兰特的第六军，后有终于经西弗吉尼亚开到的亨特部。他在研究了形势后决定：最好是退入弗吉尼亚州，以免遭到灭顶之灾。
