Den 23. januar 2009 ble Gillibrand utnevnt av New Yorks guvernør David Paterson for å overta i senatet etter statens tidligere juniorsenator Hillary Rodham Clinton, som hadde måttet fratre fordi hun ble utenriksminister i Barack Obamas regjering. Gillibrand var 42 år ved utnevnelsen, og var dermed USAs yngste senator.