9月17日,兵力2倍於敵的聯邦軍在安提塔姆(Antietam)阻擊南軍,雙方傷亡慘重,聯邦軍戰死2018人,負傷9549人;南軍戰死2700人,負傷9029人。昏聵的麥克萊倫未使用預備隊,致使南軍得以維持戰線並於18日安然撤走。10月6日,林肯總統命令麥克萊倫追擊,但是麥克萊倫尋找借口拖延不前。11月7日,林肯總統免除了麥克萊倫的指揮權。
隨著內戰的深入,聯邦政府通過了一係列進步的立法。1862年3月10日,國會以壓倒多數通過了禁止使用軍隊捕捉和引渡逃亡奴隸的法案。4月16日,國會通過了在首都地區禁止奴隸製的法案。5月20日,林肯總統簽署了《宅地法》(Homestead Act),規定自次年元旦起,凡年滿21歲的美國守法公民隻要交納10美元登記費,就可以領到160英畝的國有土地,耕種滿5年後就可以得到這塊土地的所有權。《宅地法》堵塞了奴隸製向西部擴張的道路,得到了廣大民眾、特別是西部人民的熱烈支持。
6月19日,國會又宣布在各準州和所有未來新領地上廢除奴隸製,進一步限製了奴隸製的發展。7月14日,國會宣布接納西弗吉尼亞(West Virginia)加入聯邦,並在該州逐步廢除奴隸製。7月17日,國會又通過了《沒收法案》(Confiscation Act),規定沒收叛亂者的所有財產,其奴隸解放為自由人,並授權總統可以使用被解放的奴隸去鎮壓叛亂。同日通過的《民兵法案》還規定,凡逃入並投效聯邦軍隊的叛亂者之奴隸,其本人和家屬都解放為自由人。
9月22日,借安提塔姆戰役勝利之機,林肯總統在內閣會議上宣讀了他早已修改多次的奴隸《初步解放宣言》(Preliminary Emancipation Proclamation)。9月24日,又將這份《初步解放宣言》公諸於世。1863年1月1日,林肯總統正式頒布《解放宣言》(Emancipation Proclamation),宣布當時仍在叛亂各州及地區的所有奴隸都應永遠獲得自由。《解放宣言》發表後,南部黑人大批逃亡北部,並踴躍參軍。到1863年10月,聯邦軍共組建了58個黑人軍團,黑人士兵達37482人,成為一支英勇頑強的戰鬥力量。
1862年11月7日,麥克萊倫被解職後,安布羅斯·伯恩塞德(Ambrose Everett Burnside,1824~81)接任波托馬克軍團司令。伯恩塞德的戰略重點仍然是進攻裏士滿,而不是打擊羅伯特·李統帥的南軍主力。使得羅伯特·李從容調兵,於12月13日在弗雷德裏克斯堡(Fredericksburg)以7.5萬南軍擊潰11.3萬聯邦軍。
1863年1月25日,約瑟夫·胡克(Joseph Hooker,1814~79)取代伯恩塞德出任波托馬克軍團司令,繼續執行進攻裏士滿的戰略。5月2~4日,胡克的13萬大軍在昌斯勒維爾(Chancellorsville)被羅伯特·李不足6萬人的南軍擊敗。聯邦軍1575人戰死,9594人受傷;南軍也付出了慘重的代價,戰死1665人,9081人受傷,“石壁將軍”(Stonewall)托馬斯·傑克遜被自己人誤傷致死。
1863年3月3日,聯邦國會通過了《征兵法》(Enrollment Act),規定凡年齡在20~45歲、身體健全的男子均有服兵役的義務,將美國的誌願兵役製改變為義務兵役製,為戰爭的最終勝利提供了充足的兵源保障。到當年底,聯邦兵力增至91.8萬人。相比之下,南部同盟早已感到兵源枯竭,1862年4月既已實行義務兵役製,但是逃避兵役和軍中開小差者比比皆是,累計多達幾十萬之眾。同時南部各地黑奴起義不斷,內戰期間逃亡北部的黑奴多達50餘萬人。
1863年6月3日,羅伯特·李率領7.3萬名南軍乘勝北進賓夕法尼亞。林肯總統指示胡克集中力量打擊李軍,但是胡克堅持進攻裏士滿並以辭職相抗。於是,林肯總統調派喬治·米德(GeorgeG.Meade,1815~1872)接替胡克,率軍尋敵作戰。6月30日,兩軍在葛底斯堡(Gettysburg)遭遇,隨即展開美國內戰中最慘烈的葛底斯堡大會戰(BattleofGettysburg)。鏖戰至7月3日,南軍戰死3903人,負傷和失蹤約2.4萬人,損失兵力1/3,羅伯特·李下令撤退。林肯總統指示米德追擊,力爭徹底殲滅李軍。但是天降大雨,米德追擊不力,李軍渡過波托馬克河,逃回了弗吉尼亞。這一戰,聯邦軍也付出了沉重的代價,3155人戰死,約2萬人受傷和失蹤。不過,這一戰成為美國內戰的決定性轉折點,聯邦軍從此開始全麵反攻。
葛底斯堡大捷的次日,1863年7月4日,格蘭特將軍攻克了密西西比河上的重鎮維克斯堡(Vicksburg),俘虜南軍3萬多人,全麵控製了整條密西西比河,將南部同盟攔腰切斷,阻斷了西部地區對南部同盟的一切補給。在外交上,葛底斯堡大捷和維克斯堡大捷使歐洲各強國認識到南部的失敗已成定局,從而令南部同盟在國內外陷入了徹底的孤立。