Tras derrotar al senador John McCain en las primarias republicanas, Bush venció al candidato demócrata y vicepresidente Al Gore el año 2000. Fueron unas elecciones muy peleadas en las que se hallaron irregularidades en las papeletas que se usaron en ciertas zonas de Florida, el estado que decidiría las elecciones. Tras varios recuentos el Tribunal Supremo dictaminó que el ganador había sido Bush. Bush ganó con 271 votos electorales, contra los 266 de Gore, aunque éste ganó en número de votos. Sin embargo, Bush había sido el vencedor en 31 de los 50 estados. Ninguno de los candidatos recibió la mayoría de los aproximadamente 105 millones de votos emitidos.
Tras el recuento automático y manual en cuatro estados, y con Bush todavía por delante, la Corte Suprema de Florida ordenó un recuento manual en todos los estados. Pero la Corte Suprema de Justicia revocó la decisión y paró todos los recuentos. Tras el fallo judicial, Gore repitió su reconocimiento de la victoria de Bush. Meses más tarde, el recuento manual de todos los estados fue completado por un grupo de periodistas que determinó que Bush habría ganado en Florida según algunos criterios de recuento y habría perdido frente a Gore según otros.
En el recuento oficial final, Bush ganó en Florida por 573 votos. Bush fue investido el 20 de enero de 2001.
En la campaña por su reelección en 2004, Bush consiguió ganar en 31 de los 50 estados y obtuvo 286 votos electorales. Un récord de asistencia de votantes le reportaron más votos populares que a cualquier candidato presidencial anterior. Su oponente, el senador demócrata John Kerry, sólo obtuvo 20 estados y 251 votos electorales. El Congreso debatió potenciales irregularidades en la elección, incluidas alegaciones de irregularidades de voto en Ohio y fraude en las máquinas electrónicas de votación.
Bush fue investido para su segundo mandato el 20 de enero de 2005. El discurso de investidura de Bush estuvo centrado en el tema de la difusión de la libertad y la democracia por todo el mundo.
Durante su primera visita presidencial a Europa en junio de 2001, los líderes europeos criticaron a Bush por su rechazo del Protocolo de Kioto. En 2002, Bush se reafirmó en su rechazo al tratado por considerarlo perjudicial para el crecimiento de la economía estadounidense. En noviembre de 2004, Rusia ratificó el tratado, reuniendo la cuota de naciones requerida para sacarlo adelante sin la ratificación de Estados Unidos.
El programa de Bush en política exterior preveía una mayor relación tanto económica como política con Hispanoamérica, especialmente con México, y reducía las implicaciones en re-construcciones nacionales y otros compromisos militares menores indirectamente relacionados con los intereses estadounidenses. Sin embargo, tras los ataques terroristas del 11 de septiembre de 2001, el Departamento de Estado puso como prioridad Oriente Próximo.
