Biden werd zesmaal herverkozen als senator en was de vierde langstzittende senator toen hij in 2009 ontslag nam om te dienen als Barack Obama's vicepresident nadat zij de presidentsverkiezingen van 2008 hadden gewonnen. Obama en Biden werden herverkozen in 2012. Als vicepresident overzag hij de investeringen in infrastructuur om de kredietcrisis tegen te gaan. Zijn onderhandelingen met de Republikeinen in het Amerikaans Congres leidde tot de goedkeuring van nieuwe wetgeving, waaronder de 2010 Tax Relief Act, de Budget Control Act of 2011 als reactie op de staatsschuldencrisis van de Verenigde Staten van 2011 en de American Taxpayer Relief Act van 2012. Hij zette zich tevens in voor de goedkeuring van het New START-verdrag met Rusland en steunde de militaire interventie in Libië en de terugtrekking van de Amerikaanse troepen uit Irak in 2011. Na de schietpartij op de Sandy Hook Elementary School op 14 december 2012 leidde hij een taskforce tegen wapengeweld. In 2017 kende Obama hem de Presidential Medal of Freedom met onderscheiding toe.