戰鬥計劃與作為
7月1日夜至7月2日白天之間，兩軍其余的步兵皆抵達戰場。聯邦軍方面，有第二兵團、第三兵團、第五兵團、第六兵團、以及第十二兵團；聯盟國的喬治·皮克特（George Pickett）所部，隆史崔特兵團第三師壹早自錢伯斯堡（Chambersburg）啟程，當日稍後抵達。
聯邦軍防線自城外東南方的寇普嶺（Culp's Hill）起，向西北延伸至城外正南的墓園嶺，再沿著墓園山脊（Cemetery Ridge）南伸兩哩(3公裏)，止於小圓頂（Little Round Top）以北。第十二兵團之大部駐防於寇普嶺，第壹兵團與第六兵團兩軍殘部扼守墓園嶺，第二兵團防護北墓園山脊壹半地區，由第三兵團掩護其側翼。這條聯邦軍防線俗稱‘魚鉤’。聯盟國的戰線平行於聯邦軍防線，相距約壹哩（1600米），自神學院嶺（Seminary Ridge）開始，西向橫過城中，再彎向東南方，至與寇普嶺相對之高地。於是聯邦軍處於內線作戰的態勢，而聯盟國則為長達5哩（8公裏）的外線作戰。
李將軍於7月2日的作戰計劃為以隆史崔特將軍的第壹兵團進占有利位置後潛攻聯邦軍左翼，向北跨過耶米特斯堡公路（Emmitsburg Road），以動搖聯邦軍防線。攻擊實際上由約翰·胡德（John Bell Hood）與拉法葉·麥克羅斯（Lafayette McLaws）兩師發起，希爾將軍所部第三兵團轄下的理查·安德森（Richard Heron Anderson）所部壹師緊隨其後，以雁形展開攻勢。防止米德司令調動中央的兵力以鞏固左翼。在此同時，第二兵團下屬愛德華·強森（Edward "Allegheny" Johnson）與具伯·爾利（Jubal Early）兩師佯攻寇普嶺與墓園嶺以牽制聯邦軍兵力調度，若時機恰當，則此壹佯攻將轉為全面進攻。
然而李將軍的作戰計劃所根據的情報有缺陷，史都華將軍於戰場缺席使情況更形惡化。原定推進至聯邦軍左翼以外進行側翼攻擊的隆史崔特將軍兵團左翼壹師，由麥克羅斯（McLaws）將軍指揮，在行進的途徑中有丹尼爾·席寇斯（Daniel Sickles）少將所部第三兵團橫亙其間。席寇斯將軍不滿意劃給他的墓園山脊南端防區，見及西邊半哩（800米）處的高地更有利於炮兵發揮火力，於是違令而命其所部兵團移動至耶米特斯堡公路（Emmitsburg Road）沿線高地。這條新防線自魔鬼穴（Devil's Den）起，西北延伸至雪菲（Sherfy）農場的桃子園，再東北向順著耶米特斯堡公路至卡多利（Codori）農場止，在桃子園構成壹個難以防守的突出據點；而安德魯·韓佛瑞（Andrew Atkinson Humphreys）準將及大衛·勃尼（David Bell Birney）少將所部兩師分據耶米特斯堡公路沿線及南端，易受雙面夾攻，且兵力分散於超出其兵團可有效抵禦的長長防線中。
隆史崔特將軍之攻勢原應輕而易舉，然而他獲得李將軍之同意坐待轄壹旅之眾抵達，而該旅在行進途中於小圓頂發現聯邦軍通信站，因後退迂回以避免暴露行蹤又浪費不少時間。胡德與麥克羅斯所部兩師直到下午4點及5點方各自發動攻勢。
對聯邦軍左翼的攻擊
隆史崔特將軍所部各師壹頭撞進第三兵團防區，米德司令派出第五兵團全軍、第二兵團轄下的考德威爾（Caldwell）師、第十二兵團大部、外加剛到達的第六兵團之壹部趕赴增援。連番激戰發生於魔鬼穴（Devil's Den）、麥田與桃園。第三兵團實質上全軍覆沒，席寇斯將軍本人因遭炮彈削過腿部而必須截肢。考德威爾所部壹師於麥田逐壹被殲。安德森所部壹師於下午6點開始進攻，抵達墓園山脊峰頂，但在第二兵團的反擊之下無法堅守。
同時，第五兵團的史壯·文森（Strong Vincent）上校以壹旅的兵力死守聯邦軍的重要高地：小圓頂。他以劣勢的五團兵力挺住了聯盟國軍胡德師所屬各旅的反覆攻擊。米德司令轄下的工兵司令，高佛勒·華倫（Gouverneur Kemble Warren）準將，早知此高地的重要性，就在胡德將軍的部隊開到之前不久，即派遣文森上校所部之旅、哈佐特（Hazlett`) 的炮兵連、以及紐約第140團扼守此地。死守小圓頂以及緬因第廿步兵誌願團的肉搏沖鋒為內戰中最動人的壹章。
對聯邦軍右翼的攻擊
下午7:00左右，強森師對寇普嶺進行遲到的攻擊，帶頭展開第二兵團的攻勢。嶺上的守軍為聯邦軍第十二兵團，但大部分已被調集至左方以抵禦隆史崔特將軍的進攻。嶺上當時所余兵力為喬治·葛林（George Sears Greene）準將率領的紐約客旅。由於葛林將軍前此堅持構築堅強的防禦工事，又獲得第壹與第六兵團的增援，葛林將軍所部抵擋住了聯盟國軍的攻擊；而南軍占領聯邦軍於嶺上低處放棄的部分工事。
入夜後，具伯·爾利所部兩旅於東墓園嶺攻擊聯邦軍第十壹兵團，安德魯·哈利斯（Andrew Lintner Harris）上校守軍率第壹師第二旅竭力抵抗，傷亡過半，但爾利將軍失於增援所部攻擊聯邦守軍，而羅伯斯·羅德斯（Robert Emmett Rodes）少將率尤爾師剩余的兵力沿墓園嶺西進助攻不果。聯邦軍內線作戰的態勢使各級指揮官迅速調動部隊至關鍵地區，而聯邦守軍於獲得第二兵團的增援後得以守住東墓園嶺，爾利將軍所部被迫撤退。
史都華將軍率其四騎兵旅於當日午後近黃昏時抵達蓋茨堡，但在第二天的戰事中無所作為。韋德·漢普頓（Wade Hampton）之旅於蓋茨堡東北方的獵師城（Hunterstown）與喬治·卡斯特（George Armstrong Custer）的密西根騎兵發生遭遇戰。