L'assassinat de Kennedy va devastar Sorensen; en va dir que era "l'experiència més profundament traumàtica de la meva vida [...] mai no havia considerat un futur sense ell". Va presentar la seva dimissió al president Johnson l'endemà de l'assassinat però va ser convençut per a romandre en el càrrec mentre durava la transició; va preperar el primer discurs de Johnson al Congrés i també el de l'Estat de la Unió de 1964. Va dimitir oficialment el 29 de febrer de 1964, convertint-se en el primer dels membres de l'administració Kennedy en fer-ho. Abans de la seva renúncia, Sorensen havia manifestat la seva intenció d'escriure la biografia de Kennedy, anomenant-la "el llibre que el president Kennedy hauria escrit, amb la meva ajuda, després del seu segon mandat". Però no va ser l'únic dels ajudants de Kennedy que va iniciar una obra relativa al president; l'historiador i assistent especial Arthur M. Schlesinger va escriure, alhora que Sorensen, les memòries guanyadores del Premi Pulitzer "Mil dies: John F. Kennedy a la Casa Blanca". La biografia de Kennedy escrita per Sorensen va ser publicada el 1965 i va esdevenir un "bestseller" internacional.