Hatfield besegrade kongressledamoten Robert B. Duncan i senatsvalet 1966 och han efterträdde 1967 Maurine Neuberger som senator. Han omvaldes 1972, 1978, 1984 och 1990. Tillsammans med demokraten George McGovern krävde Hatfield 1970 att alla amerikanska trupper dras hem från Vietnam. Hatfield röstade 1990 emot Kuwaitkriget. Han efterträddes 1997 som senator av Gordon Smith.