En , Tester annonce sa décision de concourir à l'élection au poste de sénateur du Montana au Congrès des États-Unis, détenu par le républicain Conrad Burns. Le , Tester remporte la nomination démocrate. Le , il est élu sénateur avec une très faible majorité de 49,1 % des voix face au républicain sortant, qui obtient 48,3 %. Son élection dans un État traditionnellement républicain permet aux démocrates de remporter le Sénat.