9年7月，惠美子在日本民主党和社会民主党的支持下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。