Centret för sjukdomskontroll (CDC) sade 45 personer hade smittats med en stam av E. coli, 43 av vilka rapporterade äta på en Chipotle restaurang.
Fallen var i Kalifornien, Minnesota, New York och Ohio.
Tidigare denna månad stängde kedjan tillfälligt 43 butiker i och runt Washington och Oregon.
Detta var efter att hälsovårdstjänstemän undersökte ett E. coli-utbrott som gjorde minst 22 personer sjuka.
"De epidemiologiska bevis som finns tillgängliga vid denna tid tyder på att en vanlig måltid objekt eller ingrediens serveras på Chipotle mexikanska Grill restauranger i flera stater är en sannolik källa till detta utbrott," CDC sade.
"Undersökningen pågår fortfarande för att fastställa vilka specifika livsmedel som är kopplade till sjukdom."
Chipotle aktier är nu ner med mer än en femtedel i år, värdera företaget till $ 16.7 miljarder (Â £ 11 miljarder).
E. coli är kort för Escherichia coli. Det är en typ av bakterie som finns i tarmen hos människor och andra djur.
De flesta stammar är ofarliga, men vissa kan producera gifter som orsakar sjukdom hos människor.
Andelen i Chipotle har sjunkit mer än 12 % efter att amerikanska hälsovårdsmyndigheter rapporterade fler fall av E. coli kopplat till den mexikanska restaurangkedjan.