Pierwsze dwie dywizje unionistów dotarły na pole przyszłej bitwy po południu 15 września, a większość armii do wieczora. Gdyby unioniści zaatakowali rankiem 16 września, mieliby ogromną przewagę i szansę na zwycięstwo we wstępnym boju, ale McClellan był przekonany, że Lee ma ponad 100 tysięcy ludzi, co spowodowało opóźnienia o cały dzień. Dało to konfederatom czas na przygotowanie obrony i ściągnięcie korpusu Longstreeta spod Hagerstown oraz Jacksona (bez dywizji Hilla) z Harpers Ferry. Jackson zajął lewe (północne) skrzydło oparte o brzegi Potomaku, a Longstreet prawe, przylegające do Antietam; linia frontu była długa na blisko 6 km.
Wieczorem 16 września McClellan rozkazał I Korpusowi Hookera przekroczyć Antietam i wstępnym bojem rozpoznać pozycje konfederatów. Dywizja Meade’a poszła na pierwszy ogień w pobliżu Wschodniego Lasu. Po zmroku pod osłoną artylerii McClellan kontynuował rozmieszczanie swych wojsk. Jego plan zakładał zmasowanie sił naprzeciw lewego skrzydła przeciwnika, do czego skłaniała go dyslokacja mostów nad Antietam. Dolny most (od czasu bitwy nosi nazwę Burnside Bridge) znajdował się pod ogniem konfederatów, którzy obsadzili pobliskie wzgórza. Most środkowy z kolei, na drodze z Boonsboro, był w zasięgu artylerii z przedpola Sharpsburga.