奥巴马决定在2000年的众议院换届选举中挑战拉什。本来，奥巴马希望得到打败拉什的春田市市长戴里的支持，可没想到碰了个软钉子。之后，时任总统克林顿也破例宣布支持拉什，而且拉什的儿子在投票前被枪杀也让他赢得大量同情票，结果尽管奥巴马以10%的知名度获得31%的选票并赢得了白人的选票，但拉什以2：1优势获得了61%的总选票。

在非洲裔选区中，奥巴马更是以1：4的劣势惨败。这让他几乎破产，甚至有芝加哥政治记者在电台中问：“奥巴马死了么？”但在2002年，奥巴马第三次连任伊州参议员。

此时，41岁的奥巴马仍然是一个微不足道的州参议员，一个得不到非洲裔群体支持的非洲裔政客，一个芝加哥权力核心的边缘人。在失败中，奥巴马抓住了一线生机。

2002年秋，在州议会待了不到6年的奥巴马，找到该州新上任的参院民主党领袖E·琼斯，说服后者让他代表伊州民主党竞选2004年的联邦参议员。这是个比他两年前落选的国会众议员席位更重要的位置，但琼斯看好奥巴马的潜力，愿意冒这个险。他利用自己的影响力打击党内其他参选人，为奥巴马赢得关键的竞选空间，还帮奥巴马组织了庞大的非洲裔支持队伍--这些条件都是奥巴马先前所没有的。

与此同时，奥巴马也不忘自我改造。他从2000年开始造访区内各个黑人教堂，学习黑人牧师讲话的节奏和夸赞的神态，几乎从不错过每个星期在黑人教堂发言的机会，不断强调自己对于基督教的信仰。每当有人质疑奥巴马真正的种族身份时，他就把自己的牧师、在当地非洲裔群体中拥有广泛影响力的杰里迈亚·赖特搬出来。

果然，2004年联邦参议员选举中，赖特为他赢得了大量基础选民。此外，在长期的法律工作经历中，在酒吧里的扑克牌联谊中，奥巴马也得到了很多小镇律师的支持。而为了获得竞选经费，奥巴马一家甚至把公寓拿出去抵押了。最终，由于他的对手霍尔卷入家庭虐待，奥巴马以52.8%的支持率赢得了伊州民主党联邦参议员候选人的资格。

此时在与共和党人的对决中，奥巴马已是胜券在握。早前的民调中，他以22点的优势领先其共和党对手、前电台非洲裔主播艾伦·凯耶斯。于是，他在2004年7月27日以一个候选联邦参议员的身份，应邀在民主党全国代表大会上发表主题演讲。

奥巴马不负众望，一讲成名，3个月后，他以70%比27%的高票当选为联邦参议员，成了美国历史上第五位，同时又是第三位普选产生的非洲裔联邦参议员，也是目前国会中唯一一位非洲裔参议员。由此，奥巴马正式登上全国政治舞台。

2005年1月4日，奥巴马宣誓就任联邦参议员，但他在国会100名参议员中排名仅第98位。他在伊利诺伊州家里曾开玩笑说，排名第98位的参议员意味着他唯一的任务是削铅笔。奥巴马当然不甘于此，他聘请成立了一组被广泛认可、高层次的顾问团，致力于超出新科参议员常规要求的广泛议题。奥巴马的英俊外表和温柔语调常常掩盖了表象下的执著雄心。或许人们从不怀疑他迟早会出人头地，但他崛起的速度还是令他们大吃一惊。

由于2004年7月波士顿那场著名演说的广泛影响，奥巴马来到首都华盛顿后，频频登上杂志封面，他早年的自传《父亲的梦想》有声版不久也赢得格莱美“最佳朗读专辑”奖。奥巴马趁热打铁，出版了自己的第二本著作《无畏的希望》，书名取自他波士顿演说的题目，也是牧师赖特一段布道的中心词。该演说让奥巴马一举成名。

奥巴马在书中指出了所有总统候选人的通病：“一种无止尽的不安分；不能欣赏眼前事物的缺陷。”的确，奥巴马对于在国会山推动立法兴趣不大，他把大量精力花在为本党候选人竞选公职拉票上，以此换取后者对自己的支持。所以当他的新书出版后，媒体就有这样的副标题：“他会是2008年的总统候选人吗？”