在州一級政府任職已無法滿足奧巴馬的政治雄心。2003年1月，奧巴馬宣布競選聯(lián)邦參議員。他需要攻克的第一個障礙是2004年3月舉行的民主黨黨內(nèi)初選。在黨內(nèi)初選前的幾周時間里，奧巴馬在電視上大打競選廣告，指出自己不僅得到了眾多主要的工會組織和主要報紙的支持，也得到了若干伊利諾伊州民主黨要員的支持。在這些競選廣告的幫助下，奧巴馬在千軍萬馬般的候選人中脫穎而出，成為領(lǐng)頭羊。他最終贏得了民主黨的提名，所得的選票比所有其他候選人的得票數(shù)加在一起還多。

在奧巴馬獲得參議員候選人提名和最后選舉之間的那段時間里，發(fā)生了一件改變其政治生涯的大事。他獲邀在2004年7月下旬舉行的民主黨全國代表大會上做主題演講。奧巴馬撰寫的演講稿集中談?wù)撍约旱亩辔幕尘皩γ绹蔚闹卮笠饬x。在演講中，奧巴馬指出，必須減弱諸如種族之類的社會差異的影響，夯實那些讓美國人團結(jié)一致的紐帶，這被稱為他的“后種族、后黨派”政治立場。奧巴馬在演講中強調(diào)：“既沒有一個自由主義的美國，也沒有一個保守主義的美國——只有一個美利堅合眾國。既沒有一個黑人的美國，也沒有一個白人的美國、拉丁裔的美國或亞裔的美國——只有一個美利堅合眾國?！眾W巴馬的演講語驚四座，所有與會者都深受震撼。進入會場時，奧巴馬只是一個在州政府工作的無名小卒；走出會場時，他已經(jīng)成了一個政治明星。結(jié)果，他的《父親的夢想》一書重印，并成了一本暢銷書。他自己也成了一個炙手可熱的演講名人，聽眾對他的反應(yīng)異常熱烈，其影響力與娛樂明星不相上下。

奧巴馬既已成為全國的知名人物，他在聯(lián)邦參議員選舉中獲勝幾乎是毫無懸念了。加之他的共和黨對手由于一樁個人丑聞而被迫退出選舉，這又大大增加了奧巴馬的勝選機會。最后一分鐘頂替上場的共和黨候補人選是競選公職屢戰(zhàn)屢敗的艾倫·凱斯，他濃厚的保守主義立場對伊州選民毫無吸引力。結(jié)果，奧巴馬以70%的得票率當(dāng)選聯(lián)邦參議員，創(chuàng)造了伊利諾伊州選舉史上的得票紀錄。

奧巴馬及其助手對他初入?yún)⒆h院的工作采取了穩(wěn)扎穩(wěn)打、步步為營的戰(zhàn)略。根據(jù)奧巴馬辦公室主任的安排，他會首先努力展示“他是認真負責(zé)的代表伊利諾伊州的聯(lián)邦參議員”形象。因此，他最初的政策計劃便是確保伊利諾伊州獲得聯(lián)邦撥款。接下來，他努力樹立兢兢業(yè)業(yè)、辛勤工作的參議員形象，積極支持民主黨的政策議程。這之后，奧巴馬才開始集中精力塑造他在全國范圍內(nèi)的口碑，在各種各樣的論壇上發(fā)表自己對未來的看法。盡管在國會山工作的時間不長，但奧巴馬對諸多法案的通過都作出了貢獻，其中包括關(guān)于武器管制的法律，規(guī)范院外游說活動的法律，預(yù)防選舉舞弊的法律，以及關(guān)心伊拉克戰(zhàn)爭與阿富汗戰(zhàn)爭老兵的法律。