V této fázi obléhání posílila Leeova armáda linii u Petrohradu. Ze střeleckých jam vykopali opevnění. V noci pak pomocí krumpáčů a lopat přeměnili předmostí na 6 stop (1,8 m) hluboké zákopy. Špičaté kůly otočené ven měly za úkol rozbít případné čelní útoky. Oblast mezi oběma liniemi se stala územím nikoho. Léto toho roku bylo horké a suché. Potůčky a prameny rychle vysychaly a způsobovaly nedostatek vody na obou stranách. Obléhání se rychle stávalo patovou situací.
Na části linie Unie, která byla od linie Konfederace vzdálena pouhých 150 m, se zakopal 48. pensylvánský pluk. Nacházel se pod vrcholem hřebene a část jeho linií nemohli konfederáti vidět, blokoval je terén. 48. pensylvánský pluk byl složen z horníků těžících antracitové uhlí. Jejich velitel slyšel své muže poznamenat: "Mohli bychom tu zatracenou pevnost vyhodit do povětří, kdybychom pod ní mohli prorazit důlní šachtu!". Předal tento nápad Burnsidovi, který s ním souhlasil, a 25. června se začalo kopat. Konfederáti na hřebeni začali pod sebou slyšet zvuky krumpáčů a lopat. Vykopali několik naslouchacích šachet. Když však 23. července zvuky z kopání ustaly, přestali hledat a jakékoliv nebezpečí z těžby zavrhli. Odpoledne 28. července byly výbušniny připraveny. Burnsideova čtvrtá divize, včetně devíti pluků afroamerických vojáků, byla vycvičena tak, aby obešla kráter, který výbuch způsobí, a zaútočila ihned po explozi. Jednalo se o čerstvé vojáky a jejich morálka byla vysoká. Na poslední chvíli Burnsideův plán změnil jeho velitel generál Meade a poslal do útoku bílé jednotky. Meade prohlásil, že nechce být zodpovědný za "masakr" barevných vojáků.
Těsně před pátou hodinou ranní vyhodil výbuch do povětří konfederační dělostřeleckou baterii a většinu pěšího pluku. Výbuch okamžitě zabil nejméně 278 konfederátů. Kráter způsobený výbuchem byl více než 52 m dlouhý, 18 m široký a 9,1 m hluboký. Po výbuchu nevycvičení vojáci Unie pomalu opouštěli své zákopy. Místo aby se kráteru vyhnuli, vběhli přímo do něj. Stěny kráteru odhalily červenou hlínu, takže byly příliš kluzké na to, aby se z nich dalo vylézt. Konfederáti se rychle vzpamatovali a začali pálit přímo na nechráněné vojáky Unie. Ve snaze zachránit situaci Burnside po čtyřech hodinách boje nařídil černým jednotkám zaútočit. V této chvíli jim nezbývalo než následovat bílé vojáky do kráteru. Museli se protlačit kolem mrtvých, zraněných a demoralizovaných bílých vojáků, aby se dostali do boje. Když se k nim přidali další konfederáti, rozpoutali do kráteru obrovskou křížovou palbu. Na vojáky Unie byly shazovány minometné granáty a konfederační děla byla přivinuta k okraji a střílela kanystrovou střelou na vojáky uvězněné v kráteru. Situace se rychle změnila z jednostranné bitvy v rasovou vzpouru. Zatímco vojáci Unie se vzdávali, černošští vojáci nedostávali žádnou čtvrť. Ti, kterým bylo dovoleno se vzdát, byli zavražděni vojáky Konfederace, když byli odváděni do týlu. Někteří konfederáti později vyjádřili lítost nad tím, že je nedokázali zabít dostatečně rychle, protože několik černošských vojáků se dostalo do týlu živých.
Boje trvaly osm a půl hodiny. Burnsideův IX. sbor utrpěl 3 800 ztrát. Leeova armáda ztratila asi 1 500 mrtvých, zraněných nebo nezvěstných. Černošské jednotky však ztratily 1327 mužů, z nichž 450 se vzdalo. Většina z nich byla zavražděna vojáky Konfederace, když byli pod stráží odváděni do týlu. Neúspěch a zděšení nad tím, co se stalo v bitvě u Kráteru, způsobily, že Burnside byl zbaven velení. Byl postaven mimo službu na dobu neurčitou bez rozkazu vrátit se do služby. Tím fakticky skončila jeho armádní kariéra. Z armády odešel o necelých devět měsíců později, 15. dubna 1865.