ביידן קיבל סיוע מהסתדרות העובדים האמריקאית AFL-CIO ומהסוקר הדמוקרטי פטריק קאדל. סוגיות הקמפיין של ביידן התמקדו בנסיגה מווייטנאם, סביבתנות, זכויות אזרח, תחבורה ציבורית, מיסוי הוגן, טיפולים רפואיים וחוסר שביעות הרצון של הציבור מהפוליטיקאים הנוכחיים. במהלך הקיץ פיגר ביידן בכמעט 30% אחרי בוגס, אם כי רמת האנרגיה שלו, משפחתו הצעירה והמושכת, ויכולתו להתחבר לרגשות הבוחרים, העניקו לביידן - שהחל להתרומם בסקרים - יתרון על פני בוגס שכבר הכין עצמו לפרישה. בסופו של דבר, ביידן זכה בבחירות שהתקיימו ב-7 בנובמבר 1972 בפער של 3,162 קולות.
ב-18 בדצמבר 1972, שבועות ספורים לאחר הבחירות, נהרגו רעייתו של ביידן, ניילה, ובתם נעמי בת השנה בתאונת דרכים בעת שערכו קניות לרגל חג המולד בהוקסין שבדלאוור. המכונית המשפחתית של ניילה נפגעה ממשאית סמי-טריילר כשהיא יצאה מצומת. נהג המשאית שפגע בה זוכה מכל אשמה. בניו של ביידן, בו והאנטר, שרדו את התאונה והובהלו לבית החולים במצב בינוני; בו סבל מרגל שבורה ומחבלות אחרות, בעוד האנטר סבל משבר קל בגולגולת ומחבלות ראש אחרות. הרופאים שטיפלו בהם העריכו כי שניהם יתאוששו בקרוב באופן מלא. ביידן שקל להתפטר מתפקידו כסנאטור (תפקיד שאליו עוד לא הושבע) על-מנת לטפל בהם, אך שוכנע שלא לעשות כן על ידי מנהיג הרוב בסנאט מייק מנספילד. לאחר התאונה, ביידן טען כי נהג המשאית שתה אלכוהול לפני ההתנגשות, אך טענות אלה נדחו על ידי משפחת הנהג ולא נתמכו על ידי המשטרה.
ביידן הושבע לתפקידו ב-5 בינואר 1973 על ידי פרנסיס וריאו, אז מזכיר הסנאט של ארצות הברית, בקפלה קטנה במרכז הרפואי וילמינגטון. בו היה מרותק לכיסא גלגלים והרגל השבורה שלו הייתה בתהליכי הבראה. האנטר, שכבר שוחרר, נכח בהשבעה גם כן וכמוהו בני משפחה מורחבת. נוסף עליהם, עדים ומצלמות טלוויזיה נכחו בקפלה והאירוע זכה לתשומת לב לאומית.
בגיל 30 (הגיל המינימלי הדרוש כדי לכהן בסנאט), ביידן הפך לסנטור השישי בצעירותו בהיסטוריה של ארצות הברית, ואחד מ-18 הסנאטורים היחידים שנכנסו לתפקידם לפני שהגיעו לגיל 31. אך ביידן עדיין היה בתהליכי התאוששות מהטרגדיה. התאונה הותירה אותו מלא בכעס ובמשבר אמונה: "אהבתי להסתובב בשכונות מצוקה בלילה, כשחשבתי שיש סיכוי טוב יותר למצוא שם מאבק [...] לא ידעתי שאני מסוגל להיות נתון לזעם שכזה [...] הרגשתי שאלוהים עבד עלי בעיניים באופן נוראי". כדי להיות בבית כל יום עבור בניו הצעירים, ביידן נהג לנסוע כל יום ברכבת אמטרק במשך שעה וחצי לכל כיוון מביתו שבפרוורי וילמינגטון לוושינגטון הבירה, מנהג אותו יישם לאורך הקריירה שלו בסנאט. לאחר התאונה, הוא התקשה להתמקד בעבודה, ודומה היה שאת הפעולות שהיה צריך לבצע כסנאטור עשה על "אוטומט". בזיכרונותיו, ביידן ציין כי בסגל שלו הימרו על כמה זמן יחזיק מעמד. כאב יחיד במשך חמש שנים, הוא נתן פקודות קבועות לפיהן על הסגל שלו להפריע ולהודיע לו בכל עת אם אחד מבניו מתקשר. לזכר אשתו ובתו, ביידן אינו עובד ב-18 בדצמבר, היום בו אירעה התאונה.
בנו הבכור של ביידן, בו, נבחר לתובע הכללי של דלאוור ולאחר מכן שירת כשופט בצבא ארצות הברית בעיראק. ב-30 במאי 2015 הלך בו לעולמו בגיל 46 לאחר מאבק בן שנתיים בסרטן המוח. לפני מותו, בו היה צפוי לזכות במועמדות המפלגה הדמוקרטית למושל דלאוור ב-2016. בנו הצעיר של ביידן, האנטר, הוא עורך דין ושדלן בוושינגטון הבירה.
ב-1975 פגש ביידן את ג'יל טרייסי ג'ייקובס, ילידת פנסילבניה ואז מורה בדלאוור. הם נפגשו בבליינד דייט שארגן אחיו של ביידן, אם כי התברר שביידן כבר הבחין בתצלום שלה בפרסומת של פארק מקומי בווילמינגטון. ביידן מייחס לג'יל את חידוש התעניינותו בפוליטיקה ובחיים כאחד. ב-17 ביוני 1977, ביידן וג'ייקובס נישאו זה לזה על ידי כומר קתולי בקפלה במטה האומות המאוחדות שבניו יורק. ב-1981 נולדה בתם המשותפת היחידה, שנהפכה לעובדת סוציאלית ואשת צוות במחלקת השירותים החברתיים לילדים, לנוער ולמשפחה של ממשלת דלאוור.
ראשית פעילותו בסנאט.
בשנותיו הראשונות בסנאט התמקד ביידן בחקיקה בנושאי הגנת הצרכן וסוגיות סביבתיות, וקרא ליותר לקיחת אחריות מצד הממשלה הפדרלית של ארצות הברית. באמצע 1974, הסנטור הצעיר ביידן נכלל ברשימת "200 הפנים אל העתיד" של מגזין טיים, ובפרופיל שנבנה לו הוזכרה הטרגדיה שאירעה למשפחתו וביידן אופיין כ"בטוח בעצמו" ו"שאפתן כפייתי".
ב-1981 נהיה ביידן לחבר הבכיר בוועדת המשפט של הסנאט של ארצות הברית. ב-1984 נמנה בין האחראיים במפלגה הדמוקרטית להעברת חוק השליטה המקיפה בפשע. עם הזמן, חלקים מהחוק הפכו לשנויים במחלוקת וביקורת הושמעה לגבי הוראות החוק שהקשיחו את יחס הממשל לפשע והשפיעו באופן לא מידתי, לטענת המבקרים, על האוכלוסייה השחורה. ביידן עצמו הכיר בביקורת ב-2019 והגדיר את חלקו בחקיקה זו כ"טעות גדולה". עם זאת, חלק מתומכיו של ביידן שיבחו אותו על שינוי הוראות החוק הקשוחות ביותר וראו בכך את ההישג החקיקתי החשוב ביותר שלו בשלב זה. באותה השנה שקל להתמודד למועמדות המפלגה הדמוקרטית בבחירות לנשיאות ארצות הברית 1984, אם כי בסופו של דבר החליט לא להציג את מועמדותו.
במהלך העשור הראשון שלו בסנאט, בכל הנוגע למדיניות חוץ, התמקד ביידן בסוגיות של בקרה על יצור והפצה של כלי נשק. ביידן היה בין המתנגדים הבולטים למכירת נשק מתקדם למצרים, והתנה את הסכמתו בערבויות שהנשק לא יופעל כנגד ישראל.בתגובה לסירובו של הקונגרס האמריקאי לאשרר את הסכם סאל"ט השני שנחתם ב-1979 על ידי המזכיר הכללי של המפלגה הקומוניסטית של ברית המועצות ליאוניד ברז'נייב והנשיא ג'ימי קרטר, יזם ביידן פגישה עם שר החוץ הסובייטי אנדריי גרומיקו, לימד אותו אודות חששות ואינטרסים אמריקאים והבטיח עריכת מספר שינויים כדי להתמודד עם התנגדויות ועדת החוץ של הסנאט של ארצות הברית. כשממשל רונלד רייגן רצה לפרש את הסכם סאל"ט הראשון באופן מקל למען קידום יוזמת ההגנה האסטרטגית, ביידן תמך בעמידה קפדנית בתנאי ההסכם. הוא התנצח שוב עם ממשל רייגן ב-1986 כשתמך בסנקציות כלכליות נגד דרום אפריקה בניגוד לעמדת הממשל. הוא זכה לתשומת לב רבה כשביקר את מזכיר המדינה של ארצות הברית ג'ורג' שולץ בעת שימוע בסנאט בשל תמיכת הממשל במדינה שהמשיכה להנהיג את מדיניות האפרטהייד בשטחיה.
מסע הבחירות לנשיאות ארצות הברית (1988).
ב-9 ביוני 1987 הכריז ביידן באורח רשמי בתחנת הרכבת בוילמינגטון על התמודדותו בבחירות המקדימות של המפלגה הדמוקרטית לנשיאות ארצות הברית לקראת הבחירות לנשיאות ב-1988. הוא שאף להפוך לנשיא הצעיר ביותר מאז ג'ון פיצג'רלד קנדי. בראשית מסע הבחירות, נחשב ביידן למועמד פוטנציאלי חזק בגלל דימויו המתון, יכולתו לשאת נאומים מלהיטים, יכולתו למשך מצביעים בני דור הבייבי בום, תשומת הלב הלאומית הצפויה לו כיושב ראש ועדת המשפט של הסנאט של ארצות הברית במהלך הדיונים הקרבים אודות אישור מועמדותו של רוברט בורק לבית המשפט העליון של ארצות הברית ויכולתו לגייס תרומות. הוא גייס מיליון ושבע מאות אלף דולר אמריקני ברבעון הראשון של 1987, יותר מכל מועמד אחר.
באוגוסט 1987, מסע הבחירות של ביידן, שהמסר המרכזי שלו היה מבלבל לנוכח היריבויות הפנימיות בסגל שלו, החל לפגר מאחורי מייקל דוקאקיס ודיק גפהארדט, אף על פי שגייס כספים רבים יותר מכל יתר המועמדים להוציא את דוקאקיס, וזכה להצלחה בסקרים לקראת אספות הבחירה באיווה. בספטמבר נקלע מסע הבחירות לצרות נוספות כאשר הואשם ביידן בגנבת נאום שנכתב מוקדם יותר באותה שנה על ידי ניל קינוק , מנהיג מפלגת הלייבור הבריטית. הנאום של קינוק כלל את השורות הבאות:
בעוד שנאומו של ביידן הכיל את השורות הבאות:
למעשה, ביידן ציטט את קינוק כמקורו לניסוח הנאום בהזדמנויות קודמות. עם זאת, הוא לא התייחס למקורות הנאומים שנשא בעימות הבחירות הדמוקרטי באיווה ב-23 באוגוסט וגם לא בזה שנשא ב-26 באוגוסט בריאיון לאגודת החינוך הלאומית. יתר על כן, בשעה שנאומיו תאמו במסרים ובשפה שלהם לנאומים אחרים פעמים תכופות, השימוש של ביידן היה תחת בדיקה יתרה מאחר שזייף היבטים של רקעו המשפחתי כדי להתאים לזה של קינוק. עד מהרה נודע כי ביידן כבר העתיק קטעים מנאום של רוברט קנדי מ-1967 (במקרה זה לקחו עוזריו של ביידן אחריות על ההעתקה), וכן ביטוי קצר מנאום השבעתו של ג'ון פיצג'רלד קנדי מ-1961.
כמה ימים לאחר מכן, מקרה הגנבה הספרותית של ביידן בבית הספר למשפטים נודע לציבור ובתקשורת. נוסף על כך, סרטון וידאו שפורסם הציג את ביידן שנשאל על ידי תושב ניו המפשייר אודות ציוניו בבית הספר למשפטים, והראשון ענה כי הוא סיים את לימודיו ב"חצי העליון" של כיתתו, למד בבית הספר למשפטים במלגה מלאה, וכי קיבל שלושה תארים אקדמיים במכללה; כל אחת מהצהרות אלו היו או שגויות או הגזמה של הישגיו בפועל. השפעת הגילויים אודות העתקת הנאום מקינוק ומסירת פרטים לא מדויקים על הישגיו הלימודיים התעצמה נוכח הכמות המוגבלת של חדשות אחרות על המרוצים הפנימיים לנשיאות במפלגות, כאשר רוב הציבור עדיין לא הקדיש תשומת לב לאף אחד ממסעות הבחירות המוקדמים. לביידן חסרה תמיכה מקבוצה דמוגרפית או פוליטית חזקה על-מנת לעזור לו לשרוד את המשבר. ביידן פרש מהמירוץ ב-23 בספטמבר 1987, ואמר כי "הצל המוגזם" של טעויות העבר שלו האפיל על מועמדותו.