A 2020-as elnökválasztás
Biden továbbra is részt vett a politikában, és Donald Trump elnök éles hangú kritikusa volt. Biden maga is szembesült a bizalmatlansággal, amikor 2019-ben több nő is megvádolta őt helytelen testi érintkezéssel, nevezetesen öleléssel és csókolózással. Bár válaszát széles körben gúnyolták – “Sajnálom, hogy nem értettem többet….nem sajnálok semmit, amit valaha is tettem. Soha nem voltam szándékosan tiszteletlen sem férfival, sem nővel szemben” – népszerűsége továbbra is magas maradt. A növekvő spekulációk közepette, hogy 2020-ban indul az elnökválasztáson, Biden 2019 áprilisában bejelentette jelöltségét, csatlakozva a zsúfolt demokrata mezőnyhöz.
Biden azonnal befutó lett, és olyan platformot követett, amely mérsékeltnek számított, különösen az olyan jelöltekhez képest, mint Bernie Sanders. A párt első, 2019. júniusi vitáján nyújtott gyenge teljesítménye azonban kérdéseket vetett fel Bidennel kapcsolatban, és támogatottsága visszaesett. A 2020 eleji első három jelölési verseny után úgy tűnt, hogy Sanders lesz a párt jelöltje. Az általános választásokon Sanders megválaszthatóságával kapcsolatos aggodalmak azonban mozgósították a mérsékelt szavazókat, és február végén Dél-Karolinában Biden elsöprő győzelmet aratott. Ezt követően számos jelölt visszalépett, és március elejére kétfős verseny alakult ki Biden és Sanders között. Ahogy Biden újabb és újabb győzelmeket aratott, hamarosan fölényes előnyre tett szert a delegáltak számát tekintve. Miután a koronavírus-járvány megakasztotta a versenyt, Sanders áprilisban visszalépett, és Biden lett a demokraták várható jelöltje.
A következő hónapokban Biden felvázolta programját, amely számos olyan politikát tartalmazott, amely a progresszívek számára vonzó volt. Kiemelten támogatta az alacsony jövedelmű közösségeknek nyújtott állami támogatásokat, az ambiciózus éghajlatváltozási törvényeket, a megfizethető gyermekgondozást és a szövetségi egészségügyi tervek kiterjesztését, például az Obama elnöksége alatt életbe léptetett betegvédelmi és megfizethető egészségügyi törvényt. Ez idő alatt Biden az országos közvélemény-kutatásokban némileg jelentős előnyre tett szert Trumppal szemben, részben az elnöknek a világjárványra adott válaszával kapcsolatos kritikák miatt, amely a nagy gazdasági világválsággal vetekedő gazdasági visszaesést okozott. 2020 augusztusában Biden Kamala Harrist választotta indulótársául – ő lett az első afroamerikai nő, aki egy nagy párt országos listáján szerepelt -, és még abban a hónapban hivatalosan is ő lett a demokraták elnökjelöltje. Bár a választások előtti közvélemény-kutatások szerint Biden jelentős előnyre tett szert a kulcsfontosságú államokban, a tényleges verseny sokkal szorosabbnak bizonyult. Mindazonáltal Bidennek és Harrisnek sikerült újjáépítenie az úgynevezett “kék falat” a középnyugati, rozsdaövezeti államokon keresztül, és november 7-én, négy nappal a választás után Biden megszerezte az elnökség megszerzéséhez szükséges 270 elektori szavazatot. Biden végül 306 elektori szavazatot szerzett Trump 232 szavazatával szemben; Biden több mint hétmillió szavazattal nyerte a népszavazást.
A következő hetekben Trump és számos más republikánus megtámadta a választási eredményeket, választási csalásra hivatkozva. Bár számos pert indítottak, az állításokat nem támasztották alá bizonyítékokkal, és az ügyek túlnyomó többségét elutasították. Ez idő alatt Biden és Harris megkezdte az átmenetet az új kormányzatba, bejelentette a napirendet és kiválasztotta a személyzetet. December elejére minden állam hitelesítette a választási eredményeket, majd a folyamat a Kongresszushoz került végleges hitelesítésre. Miközben Trump ismételten felszólította a republikánusokat a választás megdöntésére, a kongresszusi képviselők egy csoportja – köztük nevezetesen Josh Hawley (Missouri) és Ted Cruz (Texas) szenátorok – bejelentette, hogy megtámadják a különböző államok választóit. Nem sokkal az eljárás megkezdése után, 2021. január 6-án Trump támogatóinak tömege megrohamozta az amerikai Capitoliumot. Az épület biztosítása több órába telt, de végül Biden és Harris lett a győztes. Két héttel később, hatalmas biztonsági jelenlét közepette Biden felesküdött elnökké.