Perryville, Stones River, Chickamauga i Chattanooga Thomas wrócił do służby pod gen. Buellem. Podczas inwazji Kentucky dokonanej przez konfederackiego generała Bragga jesienią 1862 roku, naczelne dowództwo Unii, zdenerwowane ostrożnymi poczynaniami Buella, zaoferowało dowodzenie Armią Ohio Thomasowi, ale ten odmówił. Służył jako zastępca Buella w bitwie pod Perryville; aczkolwiek taktycznie nierozstrzygnięta, bitwa ta zatrzymała ofensywę Bragga w Kentucky, który w konsekwencji wycofał się do Tennessee. Ponownie zaniepokojona powolnością Buella w pościgu za Braggiem, Unia zastąpiła go gen. mjr. Rosecransem.
Walcząc pod rozkazami Rosecransa i dowodząc „środkowym skrzydłem” nowo stworzonej Armii Cumberland, Thomas dał prawdziwy popis dowodzenia w bitwie nad Stones River, utrzymując centrum cofającej się na całej linii armii unionistów i raz jeszcze odbierając zwycięstwo Braggowi. On też dowodził najważniejszymi manewrami podczas tzw. „Kampanii Tullahoma”, prowadząc wojska z Decherd do Chattanooga w okresie od 22 czerwca do 3 lipca 1863 roku i forsując rzekę Tennessee. W bitwie pod Chickamauga 19 września 1863 roku, dowodząc XIV Korpusem, ponownie utrzymał się na niemal straconej pozycji, broniąc się przed zaciekłymi atakami Bragga, mimo że całe skrzydło unionistów na prawo od niego załamało się.