Bei der Präsidentschaftswahl 1964 wurde er als Running Mate von Präsident Lyndon B. Johnson zum demokratischen Kandidaten für die Vizepräsidentschaft nominiert. Nach einem deutlichen Wahlsieg im November 1964 wurde Humphrey am 20. Januar 1965 ins Amt des Vizepräsidenten vereidigt. Im selben Jahr wurde er in die American Academy of Arts and Sciences gewählt. Humphrey war bekannt als ein Befürworter des Vietnamkrieges. Berühmtheit in Deutschland erlangte er auch, als die Presse, im Vorfeld seines Besuches in Deutschland im April 1967, die Kommunarden der Kommune I zu Attentätern hochstilisierte, als diese Tüten, gefüllt mit Pudding, Mehl und Farbstoff, gegen Bäume warfen. Dieses so genannte Pudding-Attentat war einer der frühen formativen Momente der deutschen 68er-Bewegung. Nach der Ermordung Robert F. Kennedys wurde er auf dem chaotischen Parteikonvent der Demokraten in Chicago Ende August 1968 zum demokratischen Präsidentschaftskandidaten nominiert. Die Wahl am 5. November 1968 gegen den Republikaner Richard Nixon ging aber in einem Kopf-an-Kopf-Rennen zu seinen Ungunsten aus. Humphrey schied am 20. Januar 1969 aus dem Amt des Vizepräsidenten.