Pierwszy okres zasiadania w Senacie W wyborach prezydenckich w 1988 roku Quayle został wybrany na wiceprezydenta. W związku z tym zwolniło się jego miejsce w Senacie. Gubernator Indiany Robert Dunkerson Orr nominował na to miejsce właśnie Coatsa. Ten wygrał wybory uzupełniające, które miały miejsce w 1990 zdobywając 54% głosów. Dwa lata później, już w zwyczajnej elekcji uzyskał 57%. Zdecydował nie ubiegać się o reelekcję w 1998. Jego następcą został demokrata Evan Bayh. Po opuszczeniu Senatu Coats był m.in. ambasadorem USA w Niemczech.
Drugi okres zasiadania w Senacie W lutym 2010 Coats ogłosił, że zamierza przeprowadzić się z powrotem do Indiany i walczyć o odzyskanie miejsca, które reprezentował przez 10 lat. Kilka dni później Bayh niespodziewanie ogłosił, że nie będzie ubiegać się o reelekcję. Stało się jasne, że Demokraci nie będą w stanie utrzymać tego miejsca ze względu na konserwatywny charakter Indiany, ale także ogólnonarodowe niezadowolenie rządami Baracka Obamy. Najcięższą walkę przyszło Coatsowi stoczyć w prawyborach, gdzie jego przeciwnikami byli konserwatyści kojarzeni z TEA Party. Ostatecznie Coats zdobył 40% głosów i o przeszło 10 punktów procentowych wyprzedził najgroźniejszego konkurenta Marlina Stutzmana. W wyborach właściwych pokonał demokratycznego kongresmena Brada Ellswortha 55% – 40%. Zasiadał m.in.