Im November 2007 gab er seine Kandidatur für den US-Senat bei der Wahl im November 2008 bekannt. Damit traten erstmals zwei Cousins ersten Grades zu Senatswahlen an: Mark Udall bewarb sich gleichzeitig im Nachbarstaat Colorado um den entsprechenden Sitz. Bei der Wahl am 4. November 2008 konnte Udall die Wahl zum US-Senator gegen den Republikaner Steve Pearce gewinnen, sein Mandat trat er gemeinsam mit seinem Cousin Mark – der in Colorado zum Senator gewählt worden war – im Januar 2009 an. Bei der Wahl 2014 wurde er gegen den Republikaner Allen Weh bestätigt.