По донесениям разведки южан, янки сформировали подковообразную линию фронта вдоль холмов Калп, Кладбищенского и далее по Кладбищенскому Хребту. Также Ли сообщили, что левый фланг янки, расположенный на Кладбищенском Хребте, не защищен. Исходя из этого он разработал следующий план: дивизии Джона Худа и Лафайета Маклоза из корпуса Лонгстрита должны были скрытно занять позицию за Хребтом, откуда атаковать незащищенный левый фланг северян. В поддержку им придавалась дивизия Ричарда Андерсона. В штабе Ли предполагали, что три эти дивизии (общим числом 20 000) сокрушат левый фланг северян и таким образом выйдут в тыл противнику.
Юэллу же было приказано для демонстрации атаковать Холмы Кладбищенский и Калп мелкими группами, не ввязываясь в затяжные перестрелки. План командующего южан активно оспаривал Лонгстрит. Он предлагал вынудить неприятеля самого идти в атаку, для чего заранее занять удобные оборонительные позиции. Однако Ли остался непоколебим.
Ли не знал, что ему противостояла почти вся Армия Потомака. Миду удалось привести сюда почти всю армию форсированным маршем; еще один корпус ждали к вечеру. Северяне стремились расположиться наилучшим образом, используя все особенности местности. Левый фланг, вопреки мнению офицеров-разведчиков южан, находился не на Кладбищенском Хребте, а на холме Малый Раунд Топ, в километре южнее той позиции, на которой, по предположению Ли, расположились северяне. Мид поручил оборону этого участка 3-му корпуса генерала Сайклзу. Последний, однако, был не удовлетворен позицией и на свой страх и риск выдвинул большую часть своего корпуса примерно на четверть мили вперед по отношению к общей линии федеральных войск. Около 2 часов дня корпус Сайклза расположился в так называемом Персиковом Саду.
Марш корпуса Лонгстрита занял почти целое утро и был прекращен, когда генерал неожиданно получил известие о федеральном корпусе, расположенном там, где, по идее, должно было быть чистое пространство. Лонгстрит понял, что Сайклз не ожидает нападения и, развернув свой корпус, отдал приказ к атаке. В 3 часа дня началась артподготовка конфедератов, и через полчаса выступила пехота Худа и Мак-Лоза. Последний атаковал Персиковый Сад и Пшеничное Поле, в то время как Джон Худ направил удар по Чертовой Лощине и Холму Малый Раунд Топ. По данным конфедератов, Холм был пуст, и, заняв его, они обрели бы господство над территорией и угрожали бы тылу северян (в первую очередь, корпусу Сайклза). Федералы еле успели понять опасность и занять позиции на вершине холма, как на них обрушился удар южан. Затем появились новые подкрепления янки, и конфедераты были отброшены, понеся значительные потери. Но в Персиковом Саду и Пшеничном Поле к 6 часам вечера северяне дрогнули и в беспорядке отступили. Только срочно переброшенная с Холма Калп дивизия и подошедший в это же время последний корпус Армии Потомака смогли стабилизировать положение и остановить победное шествие конфедератов.
На левом фланге армии генерала Ли Ричард Юэлл приказал открыть артиллерийский огонь приблизительно в то же время, когда он услышал залпы орудий Лонгстрита. Федералы ответили мощной бомбардировкой артиллерийских позиций Юэлла, и, как результат, через час артиллерия Юэлла замолчала.
Только через два часа Юэлл выдвинул вперед свою пехоту. Джонсон получил приказ атаковать Калп, а две бригады из дивизии Эрли попытались взять штурмом Кладбищенский Холм. Части под командованием Джонсона заняли оставленные федералами укрепления на южном склоне холма, но вершину, которую удерживала Нью-йоркская бригада, взять так и не смогли. Эрли ненадолго взял свою высоту, но чуть позже отступил перед перестроившимися полками противника. Этим закончился второй день Геттисбергского сражения. Потери с обеих сторон составили 16 500 человек. Результат стратегический – тот же: локальный успех южан на своем правом фланге и крепкая оборона северян.
Ли не изменил генерального плана сражения – Лонгстрит, получивший пополнение в виде дивизии генерала Джорджа Пикетта, должен был возобновить атаку на федералов утром. В то же самое время генерал Джонсон должен был атаковать Холм Калп. Прибывшая поздно вечером 2 июля кавалерия Джеба Стюарта должна была совершить рейд по тылам северян, обойдя их с левого фланга.
Однако Мид нарушил планы противника. Он перехватил инициативу и контратаковал Джонсона. Ли изменил план. Он решил провести массированную фронтальную атаку на центр обороны северян на Кладбищенском Хребте. По замыслам Ли, артиллерийская подготовка из 140 орудий обескровила бы федералов, а затем дивизии Пикетта, Петтигрю и половина дивизии Тримбла (общим числом около 12 000) начнут наступление, пройдут около полутора миль по открытой местности и раздавят защитников Кладбищенского Хребта. План был рискован, и Лонгстрит, которому Ли поручил руководство атакой, снова воспротивился, но вынужден был в конце концов подчиниться, хотя и остался при своем мнении.