Medvirksomheten i fredsprosessen er til nå høydepunktet i karrieren hans. Støttet av Shimon Peres gikk Beilin inn i hemmelige forhandlinger i 1992 som ledet til Osloavtalen i 1993. Sammen med Mahmoud Abbas, en annen arkitekt for avtalen, skrev han i 1995 under «Beilin-Abu Mazen-semja», med retningslinjer for en permanent løsning på konflikten. I 1992-1995 ledet han den israelske delegasjonen ved fredsforhandlingene. I 2001 deltok han i «Taba-samtalane» og det initiativet han nå er mest kjent for, Genèveavtalen med Yasser Abd Rabbo.