Prezidentské volby 2020
Biden se nadále angažoval v politice a byl hlasitým kritikem prezidenta Donalda Trumpa. Sám Biden čelil odsouzení, když ho v roce 2019 různé ženy obvinily z nevhodného fyzického kontaktu, zejména z objímání a líbání. Ačkoli jeho reakce byla široce zesměšňována – „Omlouvám se, že jsem nepochopil více….neomlouvám se za nic, co jsem kdy udělal. Nikdy jsem se záměrně nechoval neuctivě k žádnému muži ani ženě“ – jeho popularita zůstala vysoká. Uprostřed sílících spekulací, že bude v roce 2020 kandidovat na prezidenta, oznámil Biden v dubnu 2019 svou kandidaturu a připojil se k přeplněnému poli demokratů.
Biden se okamžitě stal předním kandidátem a prosazoval platformu, která byla považována za umírněnou, zejména ve srovnání s takovými kandidáty, jako je Bernie Sanders. Špatný výkon v první stranické debatě v červnu 2019 však vyvolal otázky ohledně Bidena a jeho podpora poklesla. Po prvních třech nominačních kláních na začátku roku 2020 se zdálo, že Sanders je připraven stát se kandidátem strany. Obavy o Sandersovu volitelnost ve všeobecných volbách však povzbudily umírněné voliče a v Jižní Karolíně koncem února Biden drtivě zvítězil. Řada kandidátů následně odstoupila a počátkem března se z volebního klání stal souboj dvou mužů mezi Bidenem a Sandersem. Jak Biden zaznamenával další vítězství, brzy se ujal vedení v počtu delegátů. Poté, co pandemie koronaviru závod zastavila, Sanders v dubnu odstoupil a Biden se stal předpokládaným demokratickým kandidátem.
V následujících měsících Biden nastínil platformu, která zahrnovala řadu politik oslovujících progresivisty. Podporoval zejména vládní pomoc komunitám s nízkými příjmy, ambiciózní legislativu týkající se změny klimatu, dostupnou péči o děti a rozšíření federálních plánů zdravotní péče, jako je zákon o ochraně pacientů a dostupné péči, který byl přijat za Obamova prezidentství. V této době získal Biden v celostátních průzkumech poněkud výrazný náskok před Trumpem, mimo jiné kvůli kritice prezidentovy reakce na pandemii, která způsobila hospodářský pokles, jenž se vyrovnal Velké hospodářské krizi. V srpnu 2020 si Biden vybral za svou kandidátku Kamalu Harrisovou – stala se první Afroameričankou, která se objevila na celostátní kandidátce velké strany – a ještě téhož měsíce byl oficiálně jmenován demokratickým prezidentským kandidátem. Ačkoli předvolební průzkumy ukazovaly, že Biden má v klíčových bojových státech výrazný náskok, skutečný souboj se ukázal být mnohem těsnější. Přesto se Bidenovi a Harrisové podařilo obnovit takzvanou „modrou zeď“ přes středozápadní státy Rezavého pásu a 7. listopadu, čtyři dny po volbách, si Biden zajistil 270 hlasů volitelů potřebných k získání prezidentského úřadu. Konečný součet Bidenových volebních hlasů činil 306 oproti Trumpovým 232; v lidovém hlasování zvítězil Biden o více než sedm milionů hlasů.
V následujících týdnech Trump a různí další republikáni napadli výsledky voleb a tvrdili, že došlo k volebním podvodům. Přestože byla podána řada žalob, nebyly předloženy žádné důkazy na podporu těchto tvrzení a naprostá většina případů byla zamítnuta. Během této doby Biden a Harrisová zahájili přechod k nové administrativě, oznámili program a vybrali zaměstnance. Do začátku prosince všechny státy potvrdily výsledky voleb a proces se poté přesunul do Kongresu ke konečnému potvrzení. Na pozadí Trumpových opakovaných výzev, aby republikáni volby zrušili, skupina členů Kongresu, mezi nimiž byli zejména senátoři Josh Hawley (Missouri) a Ted Cruz (Texas), oznámila, že napadne volitele z různých států. Krátce po zahájení řízení 6. ledna 2021 vtrhl do amerického Kapitolu dav Trumpových příznivců. Zabezpečení budovy trvalo několik hodin, ale Biden a Harrisová byli nakonec potvrzeni jako vítězové. O dva týdny později složil Biden za mohutné přítomnosti bezpečnostních složek prezidentskou přísahu.