В 2020 году Джо Байден объявил о своём третьем выдвижении на пост президента, и Джилл Байден впервые взяла отпуск, чтобы принять активное участие в предвыборной кампании. В апреле Джо Байден стал предполагаемым кандидатом от Демократической партии. На национальном съезде партии, который проходил в виртуальном формате из-за пандемии COVID-19, Джилл Байден выступила с речью, в которой превозносила характер своего мужа и его способность помочь исцелить страну, которая боролась как с вирусом, так и с крайней политической поляризацией.
После сложной и спорной кампании Джо Байден был избран президентом, победив президента Дональда Трампа 3 ноября.
Будучи первой леди, Джилл Байден продолжила преподавательскую деятельность на факультете английского языка в Общественном колледже Северной Вирджинии и продолжала активно участвовать в нескольких проектах, в том числе в инициативе Cancer Moonshot и программе Joining Forces для поддержки семей военнослужащих. Она также сыграла важную роль в привлечении федерального финансирования для исследований в области женского здоровья.
Джо Байден баллотировался на переизбрание в 2024 году и снова столкнулся с Трампом, кандидатом от Республиканской партии. Однако после провальных дебатов Байдена в июне всё больше демократов призывали его отказаться от участия в гонке. Несмотря на призывы уйти в отставку, Джилл Байден оставалась верной сторонницей своего мужа и убеждала его продолжать борьбу.
Однако в июле 2024 года Джо Байден решил отказаться от участия в выборах. Джилл Байден продолжала выступать в поддержку Демократической партии и её кандидатов на пост президента — вице-президента Камалу Харрис и губернатора Миннесоты Тима Уолза — и появилась вместе с Джо Байденом на Национальном съезде Демократической партии в 2024 году в Чикаго, где произнесла речь, в которой похвалила его достижения на посту главнокомандующего. На ноябрьских выборах Харрис и Уолз с небольшим отрывом проиграли Трампу и Джей Ди Вэнсу.
В третий раз Джилл Байден украсила обложку журнала Vogue, появившись на ней в августовском номере за 2024 год. По мнению многих наблюдателей, фотография запечатлела её силу и самообладание, которые проявились во время неспокойного периода предвыборной кампании её мужа. Президентство Джо Байдена закончилось 20 января 2025 года.
