Neste ponto do cerco, o exército de Lee havia fortalecido a linha de Petersburgo. Eles escavaram os peitos dos fossos de fuzil. À noite, com picareta e pá, eles então transformaram a fábrica de peitos em trincheiras de 1,8 m de profundidade. As estacas pontiagudas viradas para fora foram projetadas para quebrar qualquer ataque frontal. A área entre as duas linhas se tornou uma terra de ninguém. O verão daquele ano foi quente e seco. Córregos e nascentes estavam secando rapidamente causando uma escassez de água em ambos os lados. O cerco estava rapidamente se tornando um impasse.
Em uma parte da linha da União que ficava a apenas 150 m da linha da Confederação, o 48º regimento da Pensilvânia foi escavado. Eles estavam abaixo do topo de um cume e parte de suas linhas não podia ser vista pelos Confederados, bloqueados pelo terreno. O 48º regimento da Pensilvânia era formado por mineiros de carvão antracite. O comandante deles ouviu seus homens dizerem: "Poderíamos explodir aquele maldito forte se pudéssemos passar um poço de mina sob ele". Ele passou a idéia para Burnside que concordou com a idéia e a escavação começou em 25 de junho. Os confederados no cume começaram a ouvir os sons de picaretas e pás sob elas. Eles cavaram vários poços de escuta. Mas quando os sons das escavações pararam em 23 de julho, eles deixaram de procurar e descartaram qualquer perigo da mineração. Na tarde de 28 de julho, os explosivos estavam prontos. A Quarta Divisão do Burnside, incluindo nove regimentos de tropas afro-americanas foram treinados para contornar a cratera que a explosão causaria e atacar imediatamente após a explosão. Estas eram tropas frescas e seu moral estava alto. No último minuto, o plano de Burnside foi alterado por seu comandante, o general Meade, para enviar tropas brancas. Meade disse que não queria ser responsável pelo "massacre" de tropas de cor.
Pouco antes das 5:00 da manhã, a explosão explodiu uma bateria de artilharia confederada e a maior parte de um regimento de infantaria. A explosão matou pelo menos 278 Confederados instantaneamente. A cratera causada pela explosão tinha mais de 52 metros de comprimento, 18 metros de largura e 9,1 metros de profundidade. Após a explosão, as tropas não treinadas da União foram lentas a deixar suas trincheiras. Em vez de evitar a cratera, eles correram direto para ela. As paredes da cratera expunham argila vermelha, tornando-as muito escorregadias para sair. Os Confederados se recuperaram rapidamente e começaram a atirar diretamente sobre as tropas da União que estavam desprotegidas. Para tentar salvar a situação, após quatro horas de luta Burnside ordenou que as tropas negras atacassem. Neste momento, eles só podiam seguir os soldados brancos até a cratera. Eles tiveram que forçar a passagem dos mortos, feridos e desmoralizados das tropas brancas para entrar na luta. À medida que mais Confederados se uniram, eles montaram um tremendo fogo cruzado para dentro da cratera. Os projéteis de morteiros foram lançados sobre as tropas da União e os canhões Confederados foram enrolados até a borda e disparados tiros de canhões contra os soldados presos na cratera. A situação rapidamente se transformou de uma batalha unilateral em um motim racial. Quando os soldados da União se renderam, os soldados negros não receberam nenhum cartucho. Aqueles que foram autorizados a se render foram assassinados pelas tropas confederadas enquanto marchavam para a retaguarda. Alguns confederados lamentaram não poder matá-los suficientemente rápido, pois algumas tropas negras chegaram vivos à retaguarda.
Os combates se prolongaram por oito horas e meia. O IX Corpo do Burnside sofreu 3.800 baixas. O exército de Lee perdeu cerca de 1.500 que foram mortos, feridos ou desaparecidos. Mas as tropas negras perderam 1.327 homens, dos quais 450 se renderam. A maioria deles foi assassinada por soldados confederados enquanto marchavam para a retaguarda sob guarda. O fracasso e o horror pelo que aconteceu na Batalha da Cratera fez com que Burnside fosse dispensado de seu comando. Ele foi colocado em licença por tempo indeterminado, sem ordens para voltar ao serviço. Isto efetivamente terminou sua carreira no exército. Ele renunciou ao Exército menos de nove meses depois, em 15 de abril de 1865.