2020年大統領選
バイデンは政治に関わり続け、ドナルド・トランプ大統領を激しく批判していた。 バイデン自身は、2019年に、さまざまな女性から、ハグやキスを筆頭とする不適切な身体的接触を訴えられ、問責に直面した。 彼の反応は広く揶揄されたものの、「もっと理解できなくて申し訳ない……これまでしてきたことについては、何も反省していない。 男性にも女性にも失礼なことをした覚えはない」（同）と揶揄されたが、人気は衰えなかった。 2020年の大統領選に出馬するとの観測が高まる中、バイデンは2019年4月に出馬を表明し、混戦の民主党に加わった。
バイデンはすぐにフロントランナーとなり、特にバーニー・サンダースなどの候補と比較して、穏健と見なされるプラットフォームを追求した。 しかし、2019年6月に行われた党の最初の討論会での成績が悪かったため、バイデンに対する疑問の声が上がり、支持率が低下した。 2020年初頭の最初の3回の指名争いの後、サンダースは党の指名候補となる態勢を整えたように見えた。 しかし、総選挙でのサンダースの当選可能性に対する懸念が穏健派有権者を動かし、2月末のサウスカロライナ州ではバイデンが圧勝した。 その後、多くの候補者が落選し、3月上旬にはバイデンとサンダースの2人による争いとなった。 バイデンはさらに勝利を重ね、やがて代議員数で圧倒的なリードを奪った。 コロナウイルスの流行がレースを停滞させた後、サンダースは4月に脱落し、バイデンは民主党の推定指名候補となった。 彼は特に、低所得者層に対する政府の援助、野心的な気候変動法、手頃な価格の保育、そしてオバマ大統領時代に制定されたPatient Protection and Affordable Care Actなどの連邦医療制度の拡張を支持した。 この間、バイデンは、大恐慌に匹敵する経済不況を引き起こしたパンデミックへの大統領の対応への批判もあり、全米世論調査でトランプに対してやや大きめのリードを獲得している。 2020年8月、バイデンはカマラ・ハリスを伴走者に選び、彼女は主要政党の国政選挙に登場する初のアフリカ系アメリカ人女性となり、同月末、正式に民主党大統領候補に指名されることになった。 選挙前の世論調査では、バイデンは主要な激戦区で大きくリードしていたが、実際の勝負はもっと接戦になることが判明した。 しかし、バイデンとハリスは、中西部のラストベルトの州を中心に「青い壁」を築くことに成功し、選挙から4日後の11月7日、バイデンは大統領選に必要な選挙人票270人を確保する。 バイデンの最終的な選挙人獲得数は306票、トランプは232票で、バイデンは700万票以上の差をつけて一般投票を獲得した。
その後、トランプと他のさまざまな共和党員が、投票者の不正を主張して選挙結果に異議を唱えた。 多くの訴訟が起こされたが、疑惑を裏付ける証拠は提供されず、その大半は棄却された。 この間、バイデンとハリスは新政権への移行を開始し、アジェンダの発表やスタッフの人選を行った。 12月上旬までにすべての州が選挙結果を認定し、その後、最終的な認定を受けるために議会に移行した。 トランプが共和党に選挙を覆すよう繰り返し要求する中、ジョシュ・ホーリー（ミズーリ）上院議員やテッド・クルーズ（テキサス）上院議員を筆頭とする議会議員グループが、各州の選挙人に異議を申し立てると表明した。 2021年1月6日に審理が始まって間もなく、トランプ支持者の暴徒が連邦議会議事堂を襲撃した。 建物の安全確保に数時間を要したが、結局バイデンとハリスが当選者として認定された。 2週間後、大規模な警備の中、バイデンは大統領として宣誓した
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