竞选仙台市市长并成功当选。她是第一位当选日本主要城市市长的女性。在2011年日本东北地方太平洋近海地震之后惠美子的重建努力被评价为“建设可持续城市的示范”，因而获得了2012年德国可持续发展奖。她还在联合国谈到仙台市的灾后恢复工作，并计划增加该市的灾害管理准备。2013年8月11日，奥山惠美子击败了日本共产党的角野达也再次当选市长。2017年，惠美子决定退休，并选择不再竞选公职。她支持菅原裕典接替她的职位，不过最后另一位女性当选市长。