Presidentskabsvalg i 2020
Biden forblev involveret i politik og var en højlydt kritiker af præsident Donald Trump. Biden selv blev udsat for censur, da forskellige kvinder i 2019 beskyldte ham for upassende fysisk kontakt, især kram og kys, i 2019. Selv om hans svar blev bredt hånet – “Jeg er ked af, at jeg ikke forstod mere….Jeg er ikke ked af noget, som jeg nogensinde har gjort. Jeg har aldrig været respektløs med vilje over for en mand eller en kvinde” – hans popularitet var fortsat høj. Midt i voksende spekulationer om, at han ville stille op til præsidentvalget i 2020, annoncerede Biden sit kandidatur i april 2019 og sluttede sig til et overfyldt demokratisk felt.
Biden blev straks en frontløber, og han forfulgte en platform, der blev betragtet som moderat, især i forhold til kandidater som Bernie Sanders. En dårlig præstation i partiets første debat i juni 2019 rejste dog spørgsmål om Biden, og hans opbakning dalede. Efter de første tre nomineringskampe i begyndelsen af 2020 syntes Sanders klar til at blive partiets kandidat. Bekymringer om Sanders’ valgbarhed i parlamentsvalget galvaniserede imidlertid moderate vælgere, og i South Carolina i slutningen af februar vandt Biden en overvældende sejr. Talrige kandidater droppede efterfølgende ud, og i begyndelsen af marts var det blevet et to-mands løb mellem Biden og Sanders. Efterhånden som Biden registrerede flere sejre, tog han snart en overlegen føring i delegerede. Efter at coronavirus-pandemien satte løbet i stå, droppede Sanders ud i april, og Biden blev den formodede demokratiske kandidat.
I de følgende måneder skitserede Biden en platform, der indeholdt en række politikker, som appellerede til progressive kræfter. Han støttede især statslig hjælp til lavindkomstsamfund, ambitiøs lovgivning om klimaforandringer, børnepasning til overkommelige priser og udvidelse af føderale sundhedsplaner, såsom Patient Protection and Affordable Care Act, som var blevet vedtaget under Obamas præsidentperiode. I løbet af denne periode fik Biden en noget betydelig føring over Trump i de landsdækkende meningsmålinger, hvilket til dels skyldtes kritik af præsidentens reaktion på pandemien, som havde forårsaget en økonomisk nedtur, der rivaliserede med den store depression. I august 2020 valgte Biden Kamala Harris som sin kandidat – hun blev den første afroamerikanske kvinde, der optrådte på et større partis nationale liste – og senere samme måned blev han officielt udnævnt som Demokraternes præsidentkandidat. Selv om meningsmålinger forud for valget havde vist, at Biden havde en betydelig føring i vigtige kampstater, viste den faktiske kamp sig at være meget tættere. Ikke desto mindre lykkedes det Biden og Harris at genopbygge den såkaldte “blå mur” gennem de midtvestlige rustbæltsstater, og den 7. november, fire dage efter valget, sikrede Biden sig de 270 valgmænd, der var nødvendige for at opnå præsidentposten. Bidens samlede valgmandsstemmer blev i sidste ende 306 mod Trumps 232. Biden vandt de folkelige stemmer med mere end syv millioner stemmer.
I de efterfølgende uger anfægtede Trump og forskellige andre republikanere valgresultatet og påstod, at der var tale om valgsvindel. Selv om der blev anlagt en række retssager, blev der ikke fremlagt beviser til støtte for påstandene, og langt de fleste af sagerne blev afvist. I denne periode begyndte Biden og Harris overgangen til en ny administration ved at annoncere en dagsorden og udvælge personale. I begyndelsen af december havde alle stater certificeret valgresultatet, og processen gik derefter videre til Kongressen til endelig certificering. Midt i Trumps gentagne opfordringer til republikanerne om at omstøde valget meddelte en gruppe kongresmedlemmer, som bl.a. omfattede senatorerne Josh Hawley (Missouri) og Ted Cruz (Texas), at de ville udfordre valgmændene i forskellige stater. Kort efter, at proceduren begyndte den 6. januar 2021, stormede en flok Trump-tilhængere det amerikanske Capitol. Det tog flere timer at sikre bygningen, men Biden og Harris blev til sidst certificeret som vindere. To uger senere blev Biden under et massivt sikkerhedsopbud taget i ed som præsident.