À un moment crucial, la division du major confédéré A.P. Hill arriva de Harpers Ferry et lança une contre-attaque surprise, repoussant Burnside et mettant fin à la bataille.
En dépit des pertes écrasantes, Lee continue de faire preuve de scepticisme à l'égard de McClellan tout au long du 18 septembre, tout en enlevant son armée battue au sud de la rivière.