I 2009 ble han valgt til rektor ved Universitetet i Oslo sammen med prorektor Inga Bostad for perioden 2009–2013, og tiltrådte 1. august 2009. Han ble gjenvalgt for sin andre periode som rektor i 2013 sammen med prorektor Ruth Vatvedt Fjeld; Fjeld trakk seg året etter som følge av uenighet. Ottersen ble styremedlem ved Oslo universitetssykehus i 2011 og styreleder i Universitets- og høgskolerådet i 2013. Han deltok på Bilderberg-konferansen i 2011.