Le premier XXe Corps, sous le commandement d'Alexander M. McCook, est organisé au lendemain de la bataille de Stones Rivier, en à partir de ce qui a été le XIV corps, ou l'aile droite de l'armée lors de la bataille. Il est tellement identifié à son commandant qu'il est généralement désigné par d'autres soldats et même par des officiers comme le « corps de McCook ».
En , le corps prend part à une escarmouche contre l'arrière-garde de Bragg, à Liberty Gap dans le Tennessee, au cours de la campagne de Tullahoma. Il livre sa seule grande bataille à Chickamauga, où il subit des pertes effroyables au cours des deux jours de combat. Ce qu'il en reste est alors fusionné avec le XXI corps de Thomas L. Crittenden pour former le nouveau IV corps. McCook est considéré comme en grande partie responsable de la défaite de Chickamauga et relevé de son commandement.
Hooker est remplacé d'abord par Alpheus S. Williams, puis par Henry W. Slocum, deux anciens commandants du XII corps. Les troupes du XXe Corps sont les premières à entrer dans Atlanta après sa reddition, le , et plus tard participent avec l'Armée de Géorgie de Sherman à sa marche vers la mer. Williams commande à partir de là et jusqu'à la campagne des Carolines (Slocum ayant été promu au commandement de l'armée entretemps). Le corps joue un rôle majeur dans la capture de Savannah en décembre et est activement engagé lors de la campagne des Carolines, en particulier à Bentonville, où il résiste au choc principal de la contre-attaque de Joseph E. Johnston. Parce que les combats à Bentonville n'ont pas détruit l'armée de Johnston, Sherman remplace Williams par le plus agressif Joseph A. Mower. Le corps prend part à la Grande revue de mai 1865 et est dissout en .
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