Zur Bundestagswahl 2009 kandidierte sie auf Platz 3 der Landesliste Hessen und war Direktkandidatin der Linken für den Bundestagswahlkreis Offenbach. Über die Landesliste zog sie in den Bundestag ein, in dem sie im Verteidigungsausschuss und (stellvertretend) im Auswärtigen Ausschuss saß. Zudem gehörte Christine Buchholz dem Untersuchungsausschuss zum Luftangriff bei Kundus an. Gemeinsam mit ihrem Fraktionskollegen Jan van Aken reiste Christine Buchholz im Januar 2010 nach Kundus, um sich mit Hinterbliebenen der Opfer des Luftangriffs zu treffen. Über ihre Bundestagsrede am 26. Februar 2010, eine Fotoausstellung, eine Gedenkveranstaltung und andere öffentliche Veranstaltungen machte sie auf die zivilen Opfer der Bombardierung aufmerksam.