Funkcję tę pełnił od stycznia 1911 do marca 1913.
Ponieważ miał wysokie poparcie społeczne, Wilson stał się naturalnym kandydatem w wyborach prezydenckich w 1912 roku. Jego głównym rywalem był spiker Izby Reprezentantów, Champ Clark. Na konwencji demokratów, która odbyła się na przełomie czerwca i lipca 1912 w Baltimore, przez 29 głosowań pierwsze miejsce zajmował Clark, nie uzyskując jednak wymaganej większości. Od 30. głosowania zaczął wygrywać Wilson, któremu ostatecznie udało się osiągnąć wymaganą większość do uzyskania nominacji w 46. głosowaniu. Kandydatem na wiceprezydenta został Thomas Marshall. Jego głównymi rywalami byli: urzędujący prezydent William Taft z Partii Republikańskiej i były prezydent Theodore Roosevelt z Partii Postępowej. W wyborach powszechnych Wilson uzyskał ponad 6 milionów głosów i zwyciężył w głosowaniu elektorskim, uzyskując 435 głosów, wobec 88 głosów dla Roosevelta i 8 dla Tafta. Wilson został zaprzysiężony 4 marca 1913 przez prezesa Sądu Najwyższego Edwarda White’a.