Als 1861 der amerikanische Civil War begann, hatte die Stadt bereits 9.000 Einwohner. Wegen ihrer Funktion als Handelspunkt und Eisenbahnknoten in den Südstaaten war Atlanta ein wichtiges Ziel für die gegnerischen Unionstruppen und wurde für mehrere Monate belagert. Die Stadt war von solcher Wichtigkeit, da man von hier mit der Bahn jede Stadt in den Südstaaten innerhalb eines Tages erreichen konnte.
Die Belagerung nahm mit der Schlacht von Atlanta, die am 22. Juli 1864 am Kennesaw Mountain stattfand ihren Anfang. Nachdem es den Truppen von Unionsgeneral William T. Sherman gelungen war die letzte Versorgungsbahnlinie nach Macon einzunehmen, evakuierte Südstaatengeneral John Bell Hood die Stadt und kapitulierte am 2. September 1864. Die von Sherman an den Präsident der Vereinigten Staaten Abraham Lincoln geschickte Siegesmeldung war einer der Hauptgründe für Lincolns Wiederwahl 1864 und damit den weiteren Kriegsverlauf.
Am 11. November 1864 brannten die Unionstruppen Atlanta nieder. Dies resultierte aus dem von Sherman angewandten Prinzip des totalen Krieges, welches beabsichtigt die Zivilbevölkerung mit einzubeziehen. Sherman setzte diese Taktik bei seinem Feldzug durch Georgia, der ihn bis nach Savannah an der Atlantikküste führte, fort. Der Fall und die Zerstörung von Atlanta war einer der großen Wendepunkte im amerikanischen Bürgerkrieg, literarisch aufbereitet im berühmten Bürgerkriegsepos Vom Winde verweht von Margaret Mitchell.
Nach Kriegsende dauerte es nur einige Monate bis die ersten Bewohner zurückkehrten. Obwohl zu diesem Zeitpunkt etwa 90 % der Gebäude zerstört waren, bauten die Bewohner ihre Stadt schnell wieder auf. 1868 wurde Atlanta die Hauptstadt von Georgia.