ג'ונסון השיג 1,306,605 קולות (58%) בבחירות לסנאט. עם התפטרותו, בבחירות מיוחדות במאי 1961, הפסידו הדמוקרטים את טקסס לרפובליקנים.
כהונתו.
לאחר מערכת הבחירות, דאג ג'ונסון בנוגע למעמדו חסר ההשפעה, בדרך כלל, של סגן הנשיא, והתכונן לקבל סמכויות רחבות יותר. הוא רצה להעביר את סמכות מנהיג הרוב בסנאט לסגן הנשיא, כיוון שבמינויו לתפקיד היה גם לנשיא הסנאט, אולם הדמוקרטים התנגדו לכך נמרצות.
ג'ונסון ביקש להעלות את השפעתו ברשות המבצעת. הוא הגיש צו נשיאותי לחתימתו של קנדי, שהיה אמור להעניק לו "פיקוח כללי" על נושאים של ביטחון לאומי, ושהיה דורש מכל הסוכנויות הממשלתיות לשתף איתו פעולה. קנדי חתם על מסמך בלתי מחייב שביקש מג'ונסון "לבחון" מדיניות ביטחון לאומי. בנוסף סירב קנדי לבקשתו של ג'ונסון לקבל משרד ליד החדר הסגלגל, ולהעסיק אנשי מטה במשרה מלאה לסגן הנשיא. השפעתו גדלה ב-1961, כשמינה קנדי את שרה יוז, חברתו של ג'ונסון, לתפקיד שופטת ממשלתית.
התובע הכללי, רוברט קנדי, הוביל את ההתנגדות לג'ונסון בתוך הממשל. הוא ואנשיו לא הסתירו את סלידתם מג'ונסון והתנשאו מעליו.
קנדי הקפיד לשמור על ג'ונסון לצידו, הקפיד לעדכן אותו, ואירח אותו לעיתים קרובות בבית הלבן. הוא טען שג'ונסון מכיר כל כתב בוושינגטון ולכן אסור לגרום לו להתעצבן. במהלך כהונתו כסגן נשיא, ניתנו לו סמכויות מועטות וסמליות בעיקרן. בתקופה זו הוא ניצל את תפקידו כ"ראש הוועדה הנשיאותית לשוויון הזדמנויות בעבודה" לעבודה מרובה עם קהילות של שחורים ובני מיעוטים. ג'ונסון דחף את קנדי ליישם רפורמות בתחום זכויות אדם, וקידם את שוויון הזכויות לשחורים מהר יותר ובמידה רבה יותר מזו שהתכוון אליה קנדי. הייתה זאת אירוניה, בהתחשב בעובדה שג'ונסון נועד למשוך את השמרנים מהדרום, שהתנגדו לזכויות האזרח.
ג'ונסון מילא משימות דיפלומטיות שוליות, וכך נותר מעודכן בנושאים עולמיים. הוא היה חבר קבינט וחבר במועצה לביטחון לאומי. קנדי נתן לג'ונסון שליטה מלאה בכל הנושאים שקשורים לטקסס, והוא מונה ליושב ראש הוועדה הנשיאותית לענייני מדע.
קנדי גם מינה את ג'ונסון לכהן כיושב ראש המועצה הלאומית לחלל. הסובייטים ניצחו את ארצות הברית כששלחו טיסה מאוישת ראשונה לחלל באפריל 1961, וקנדי הפקיד בידי ג'ונסון את תכנון הפרויקט שיאפשר לארצות הברית לנצח את הסובייטים במירוץ לחלל. ג'ונסון המליץ להקציב משאבים לצורך משימה להנחתת אדם על הירח בשנות השישים. קנדי הקצה משאבים לתוכנית החלל.
באוגוסט 1963, נחקר בן טיפוחיו של ג'ונסון, בובי בייקר, מזכיר מנהיג הרוב בסנאט, באישומי שוחד והונאה פיננסית. נטען שהעביר גם כספים לג'ונסון. בייקר התפטר באוקטובר, וג'ונסון לא נחקר בפרשה. ההד השלילי גרם לתחושה שקנדי יחליף את ג'ונסון בבחירות של 1964. ב-31 באוקטובר 1963, טען קנדי שהוא מתכוון ומצפה שג'ונסון יתמודד איתו בשנה הבאה. למרות השנאה של רוברט קנדי לג'ונסון, גם הוא וגם ג'ון הבינו שג'ונסון חיוני עבור ניצחון המפלגה בדרום.
רצח קנדי.
בנובמבר 1963 הצטרף ג'ונסון לנשיא קנדי למסע פוליטי בדאלאס שבטקסס, על מנת להשיק את המסע לבחירה מחודשת של הצמד בנובמבר 1964. קנדי סימן את מדינות הדרום כנקודת החולשה שלו. בינתיים נקלע ג'ונסון למאבק פוליטי בתוך טקסס, כאשר במפלגה הדמוקרטית בטקסס נוצרו שני מחנות. האחד, מחנה שמרני יותר של ג'ונסון ושל מושל טקסס ג'ון קונלי, ואילו השני, הליברלי יותר, בראשות הסנאטור מטקסס ראלף יארבורו, וציר בית הנבחרים, הנרי גונזלס. מסע מתוקשר בטקסס היה בו כדי לפתור שתי בעיות – קנדי יוכל לרכוש אהדה במדינות הדרום, ובה בעת לאחד את שתי הסיעות, ולמנוע סכסוכים במחנהו. קנדי וג'ונסון גם תכננו לבלות יחד בחוותו של הלה לאחר ביקורם בדאלאס.
מסעם של ג'ונסון והנשיא קנדי בטקסס, אליו הביאו את רעיותיהם, נפתח בביקור בעיר פורט וורת' ב-21 בנובמבר 1963, וב-22 בנובמבר הגיעו קנדי וג'ונסון לנמל התעופה דאלאס לאב בדאלאס. על פי התוכנית אמור היה הנשיא לשאת נאום לנכבדי העיר במרכז הסחר של דאלאס. לשם כך יצא בשיירת מכוניות שחלפה ברחובות העיר. הנשיא, אשתו, המושל קונלי ואשתו נלי נסעו במכונית הראשונה בשיירה, שהייתה לימוזינה מסוג לינקולן עם גג פתוח. מכסה פלסטי שקוף וחסין כדורים הוסר ממנה בשל מזג האוויר הנאה. במכונית השנייה, מסוג קדילק, נסעו סגן הנשיא ג'ונסון ורעייתו, וכן הסנאטור יארבורו ואנשי השירות החשאי. השיירה כללה מספר נוסף של מכוניות ובהן אנשי השירות החשאי ומשטרת דאלאס, והייתה מלווה במשמר אופנועים של משטרת דאלאס.
כאשר החלו בנסיעתם, נרצח הנשיא קנדי, במכוניתו הפתוחה שברחובות דאלאס. עקב כך נסתיימה כהונתו של ג'ונסון כסגן הנשיא, מאחר שעל פי החוקה האמריקאית עליו להתמנות לנשיא במקום קנדי המנוח. הוא הושבע בו ביום כנשיא בדאלאס על סיפון המטוס הנשיאותי על ידי השופטת הפדרלית המחוזית שרה יוז.
נשיאותו.
ג'ונסון מונה לנשיאה ה-36 של ארצות הברית לאחר רציחתו של קנדי, והחל לכהן ב-22 בנובמבר 1963. הוא סיים את תפקידו ב-20 בינואר 1969. הוא היה סגן הנשיא במשך 1,036 ימים לפני מינויו לנשיא. הוא נבחר לכהונה מלאה בבחירות של 1964, כשניצח ברוב סוחף את בארי גולדווטר, סנאטור מאריזונה שייצג את המפלגה הרפובליקנית. לאחר הבחירות של 1968, החליף אותו בתפקידו ריצ'רד ניקסון.
ג'ונסון הרחיב את תוכניות הניו דיל והחל בתוכנית "החברה הגדולה", סדרת תוכניות חקיקתיות שנועדו לסייע לעניים. ביניהן היו מדיקר ומדיקאייד, הגנה על זכויות האזרח, והשקעה ממשלתית בחינוך, באמנות, בפיתוח עירוני, בשירותים ציבוריים ובמלחמה בעוני. הכלכלה הצומחת הובילה להצלחת התוכנית, ומיליון אמריקנים עלו מעל לקו העוני במהלך כהונתו. החקיקה בנושאי זכויות האזרח הובילה למניעת אפליה גזעית בבחירות, במוסדות ציבוריים, בדיור ובתעסוקה. העברת חוק ההגירה והאזרחות הובילה לשינוי מערכת ההגירה במדינה.
האהדה כלפי ג'ונסון צנחה כשנאלץ להתמודד עם נושאי חוץ. הוא ניסה לפעול לפי תורת הבלימה בווייטנאם, וקיווה למנוע את התפשטות הקומוניזם אל דרום-מזרח אסיה במהלך המלחמה הקרה. מספר אנשי הצבא האמריקנים בווייטנאם גדל באופן דרמטי, מ-16,000 יועצים ב-1963, ל-550,000 לוחמים בתחילת 1968. חוסר ההצלחה במלחמה הוביל למחאה חריפה כנגד המלחמה באוניברסיטאות האמריקניות ובחו"ל. לאחר 1965 פרצו בכל קיץ מהומות בערים הגדולות, ושיעורי הפשיעה עלו, כשיריביו הפוליטיים דרשו "חוק וסדר". קואליציית הניו דיל התפרקה וג'ונסון איבד את בסיס תמיכתו. על אף שרצה בכהונה נוספת, הכריז ג'ונסון ב-31 במרץ 1968 שלא יתמודד שוב מטעם מפלגתו. בעקבות מדיניות הפנים שנקט, הוא נחשב לנשיא טוב.
מינויו לתפקיד.
ג'ונסון הושבע לנשיאות במקום קנדי שעות ספורות לאחר הרצח. הטקס נערך במטוס הנשיאותי אייר פורס 1 בשדה תעופה בדאלאס. תמונת השבעתו על המטוס הנשיאותי הייתה למפורסמת ביותר שצולמה אי פעם על מטוס זה. ג'ונסון הושבע בידי שרה יוז, השופטת המחוזית בטקסס. הייתה זאת הפעם היחידה שבה שופטת השביעה נשיא. ג'ונסון נשבע על ספר תנ"ך קתולי. לאחר מכן נישק את אשתו, שלחצה את ידה של ג'קי קנדי ואמרה לה "כל העולם מתאבל על בעלך".
ג'ונסון התעקש להישבע מיד לתפקידו לאחר ההתנקשות כדי לספק יציבות למדינה והמשכיות למשטר. הוא והשירות החשאי, שלא ידעו אם המתנקש פעל לבד או כחלק מקנוניה, החליטו לחזור מיד אל וושינגטון. רבים טענו שג'ונסון נחפז לתפוס את השלטון.
חמישה ימים לאחר ההתנקשות, נאם בפני ועדה משותפת של הקונגרס ודרש שיתנו לו להמשיך במדיניות קנדי. הוא טען שרק העברת חוק זכויות האזרח, שעליו נלחם קנדי, תנציח את הנשיא המנוח. העצב על הרצח הוביל לתמיכה עצומה במאמצי החקיקה של ג'ונסון.
ב-29 בנובמבר, רק שבוע לאחר ההתנקשות בקנדי, הוציא ג'ונסון צו נשיאותי המורה על שינוי שם "המרכז לפעולות שיגור" של נאס"א ל"מרכז החלל על-שם ג'ון פיצג'רלד קנדי". עוד באותו היום, בתגובה לדרישת הציבור לתשובות ומספר גדול של תאוריות קשר בנושא, ומכיוון שהחשוד ברצח קנדי לי הארווי אוסוולד נרצח בעצמו זמן קצר לאחר מעצרו, הורה ג'ונסון על הקמת ועדה לצורך חקירת ההתנקשות, ועדת וורן, שבראשה עמד נשיא בית המשפט העליון של ארצות הברית ארל וורן. מסקנות הוועדה היו כי הרוצח היה לי הארווי אוסוואלד וכי הוא פעל לבדו. מסקנות אלו היו נתונות למחלוקת ומעוררות פולמוס הנמשך עד היום.
ג'ונסון החל את כהונתו כנשיא עם כלכלה צומחת הנמצאת במצב טוב, עם שיעור אבטלה נמוך. לא היו לו מחלוקות מרכזיות עם מדינות בכירות ברחבי העולם, ועקב כך שאיפותיו הופנו לתחום הפנים בארצות הברית, ולאחר 1966, גם למלחמת וייטנאם.
ממשל.
קבינט.
לאחר מותו של קנדי, ביקש ג'ונסון מחברי הקבינט להמשיך בכהונתם כדי לאפשר מעבר סמכויות חלק. רוברט קנדי נשאר בתפקידו כתובע הכללי, למרות מערכת היחסים הקשה שלו עם הנשיא, אולם רק לעשרה חודשים. בספטמבר 1964 התפטר כדי לרוץ לסנאט. לאחר מכן היה גדול מבקריו של ג'ונסון בווייטנאם. אחרים נשארו במשך כמה שנים לפני שעזבו מכמה סיבות. נוצרו שתי משרות חדשות במהלך כהונתו של ג'ונסון: מחלקת השיכון והפיתוח העירוני, ומחלקת התחבורה, ב-1965 ו-1966, בהתאמה. ארבעה מחברי הקבינט שג'ונסון ירש מקנדי-מזכיר המדינה דין ראסק, מזכיר הפנים סטיוארט אודל, מזכיר החקלאות אורוויל פרימן, ומזכיר העבודה ו. וילארד וירץ-נשארו בתפקידם במשך כל כהונתו.