Resultatet af slaget var uomstrækkeligt, men nord vandt en strategisk fordel. 23.100 skader.
Den 16. september overgav generalmajor George B. McClellan mødte general Robert E. Lees Army of Northern Virginia i Sharpsburg, Maryland. Næste morgen ved daggry ledte Union-generalmajor Joseph Hooker hans korps til at montere et stærkt angreb på Lees venstre flanke. Dette begyndte, hvad der ville være den blodigste dag i hele amerikansk militærhistorie. Kampene fandt sted over et kornmark og omkring Dunker-kirken. Derudover angreb unions tropper de konfødererede på Sunken Road, som faktisk gennembrudt gennem det konfødererede centrum. De nordlige tropper fulgte imidlertid ikke op med denne fordel. Senere kom Union-general Ambrose Burnsides tropper ind i kampen, krøllede over Antietam Creek og ankom til det konfødererede højre.
På et afgørende øjeblik ankom Confederate General Ambrose Powell Hill, Jr's division Harpers Ferry og modangreb. Han var i stand til at køre Burnside tilbage og redde dagen. Selvom han var antallet af to-til-en, besluttede Lee at begå hele sin hær, mens Union-generalmajor George B. McClellan sendte færre end tre fjerdedele af sin hær ind, hvilket gjorde det muligt for Lee at kæmpe mod federalerne til stilstand. Begge hære var i stand til at konsolidere deres linjer i løbet af natten. Selvom hans tropper havde lidt ødelæggende tab, besluttede Lee at fortsætte med at skramse sammen med McClellan i løbet af den 18. dag og fjerne sit sårede syd på samme tid. Efter mørkets fremmede beordrede Lee tilbagetrækning af sin voldsramte hær fra Nord Virginia for at over Potomac ind i Shenandoah Valley.