Under 1990-talet återvände Holbrooke till politiken och Washington, D.C. Åren 1993–1994 var han USA:s ambassadör i Tyskland samt Bill Clintons sändebud i Kosovo. Därefter var han chefsförhandlare i försöken att nå fred i Bosnienkriget, vilka ledde fram till fredsfördraget Daytonavtalet i november 1995. Förhandlingarna kring Daytonavtalet brukar betraktas som hans främsta yrkesgärning. Med sin roll i Daytonavtalet diskuterades han även som en kandidat till Nobels fredspris. Han har skrivit boken "To End a War" (1998) om sin tjänstgöring i samband med Bosnienkriget.