Tras la campaña desarrollada durante 2004 como candidato de la alianza del Partido Revolucionario Institucional (PRI) y el Partido Verde Ecologista de México (PVEM) denominada "Alianza por Hidalgo" al gobierno de dicha entidad y de las elecciones del 20 de febrero de 2005, Osorio Chong fue electo gobernador de Hidalgo con el 51.8% de los votos, en una contienda en la que participó contra José Guadarrama Márquez del Partido de la Revolución Democrática (PRD), José Antonio Haghenbeck del Partido Acción Nacional (PAN) y Arturo Aparicio del Partido del Trabajo (PT).