I september 2009 kunngjorde Fallin sine intensjoner om å stille til valg for Republikanernes nominasjon til Guvernør av Oklahoma. Hun vant over tre motstandere med 54% av stemmene i det republikanske primærvalget og vant over demokratenes kandidat, Viseguvernør Jari Askins, med 60% av stemmene i Oklahomas guvernørvalg. Hun tok eden som Guvernør den 10. januar 2011.