アイゼンハワーの下で副大統領を務めた期間のニクソンは、1954年3月にスティーブンソンが共和党を「半分アイゼンハワー、半分マッカーシーの党」と攻撃した時に反撃役をこなし、アイゼンハワー政権においていわば「汚れ役」を押し付けられることが多かったものの、この役割を忠実にこなした。

しかしながら、大統領であるアイゼンハワーが1955年9月24日の心臓発作、1956年6月の回腸炎に伴う入院、また1957年11月の心臓発作の際に3度にわたって臨時に大統領府を指揮監督した。これは通常行われる正式な大統領権限の委譲は行われなかった。そして1956年の大統領選挙の時には、アイゼンハワー直々の指示により副大統領の座を降ろされそうになったものの、ニクソンに対する国民からの支持が強いことを知った共和党全国委員長レン・ホールらによって、この指示が取り消されたということもあった。

さらに、アイゼンハワーがニクソンを後継者としてどう考えるか聞かれた際に「まあ3週間も考えればね」と答え、このやり取りは全国に知れ渡った。これらのアイゼンハワーによる冷遇を薄々感じていたニクソンは「元々アイゼンハワーは私のことを嫌っていた」と漏らすこともあった[10]。また、このころはアメリカにおいて出自による差別がまだ根強く残っていたこともあり、アイゼンハワーの妻のマミーも、貧しいブルーカラー出身のパットのことを陰で「貧乏人」と嘲っていたと言われている[10]。

しかし、ニクソンが大統領に就任した1968年に娘のジュリーがアイゼンハワーの孫のデイヴィッド・アイゼンハワーと結婚するなど、アイゼンハワー家との関係はその後改善されただけでなく、より密接なものとなっていく。
1960年アメリカ合衆国大統領選挙詳細は「1960年アメリカ合衆国大統領選挙」を参照
共和党大統領候補へ選挙中にニューヨークで歓迎を受けるニクソン

アイゼンハワーは1960年時点でもその人気は高かったものの、憲法により三選が禁じられているため[注釈 4]、共和党は1960年の大統領選挙で新しい候補者が立つこととなった。そして副大統領であったニクソンは予備選挙に出馬することとなった。

1960年に行われた共和党予備選挙は共和党中道左派の指導者で、ニューヨーク州知事で大富豪のネルソン・ロックフェラーが立候補の構えを見せたが、離婚歴があってこの当時では大きな不利な要因となり、共和党の大半がニクソンを支持している情勢に、立候補を断念すると表明して、有力対抗馬ロックフェラーの撤退でニクソンは共和党の大統領候補指名争いで有利な戦いとなった。7月にシカゴで開催された1960年共和党全国大会では、アリゾナ州選出の上院議員バリー・ゴールドウォーターが10票の代議員票を獲得しただけで、ニクソンは圧倒的な支持を得て共和党の大統領候補に指名された。その共和党大統領候補指名受諾演説でニクソンは選挙期間中に50州全てを遊説することを明らかにした。
本選

大統領選挙の本選挙に入る時にニクソンが立てた選挙戦略は、前半はペースを上げず、あまり早い段階で盛り上げることはせず、後半のある時期から一気に選挙運動のムードとペースを変えて、特に投票日の3週間前からはテレビと広告を使って盛り上げていき、そしてアイゼンハワーの応援も最終段階に入ってから行うというものであった[23]。前半から盛り上げていくと必ずどこかで中だるみがあり、最初は緩いペースからでいく予定であった。

しかし9月に入ってからの序盤に突然体調を崩し、治療のため2週間入院したことで選挙日程が大幅に狂い、これが選挙運動全体に影響することになった。一方ケネディ陣営は最初から一気に盛り上げていく作戦で積極的に選挙運動を展開する間、ニクソンは病院のベッドにいた。ある人[誰?]は余裕と見ていたが、8月時点での世論調査の支持率はニクソン53 %、ケネディ47 %であった[24]。
人種問題

当時注目を受けつつあった人種問題には積極的な対応を見せ、副大統領候補のヘンリー・カボット・ロッジ・ジュニアが「我々は、閣僚に黒人を入れることを考えている」と明言した。また、大リーガーのジャッキー・ロビンソンがケネディ陣営を嫌い、ニクソン陣営支持を明言するなど、人種問題に対し相変わらず中途半端な対応に終始していたケネディ陣営を大きく揺さぶった（実際にケネディが政権を取ると、閣僚はおろか次官クラスにさえ有色人種を入れることはなかった）。

さらにジョンとロバートをはじめとするケネディ陣営が、南部の保守的な白人票欲しさに、公民権運動支持者のキング牧師を「共産主義者」呼ばわりしたマッカーシー議員と未だに良好な関係を保っていたことが、黒人票をニクソンに向かわせた大きな理由となった。
テレビ討論ニクソンとケネディ（1960年）ケネディとのテレビ討論

そして退院後すぐに行われたのがテレビ討論会である。序盤には支持率で完全に優勢であったニクソンは、この時病み上がりで顔色が悪かったにもかかわらず「議論の内容が重要である」としてその勢いを保ったまま、得意の外交政策や人種問題などで論戦してケネディに勝つ作戦であった。しかし後に「ニクソンが接戦に追い込まれ敗北した最も重大な要因は最初のテレビ討論だった」とされている。

そのテレビ討論会は1960年9月26日に第1回が開かれた。この討論会は全米で約7000万人がテレビかラジオで視聴した。白黒テレビに映えるように黒っぽいスーツを着こなし健康的に見えたケネディに対して、グレーのスーツを着て病み上がりの顔のニクソンは視覚的には最初から不利であった。当時はまだ白黒テレビの時代で多くの視聴者には、「背景に溶け込んではっきりしない灰色のスーツを着用し、病弱に見える人が多くの汗をかいている」ようにしか見えなかった。一方のライバルであるケネディは、服飾コンサルタントが白黒テレビを意識して選んだスーツを身に付け、若く健康的に見えた。

討論をラジオで聞いた人々は「討論の内容でニクソンが勝った」と考えたが、テレビで見た一般大衆の印象はそれとは違っていた。後にケネディ陣営はこのテレビ討論会は引き分けであったとしたが、ニクソンと互角であったということで十分な成果であった。結果的には経験が豊富でしかも弁護士であるニクソンに対し、討論内容には劣るもののテレビ的な見栄えでケネディが勝ったとされる。なおこのテレビでの討論会は合計4回行われた。

そしてニクソンの誤算は共和党で指名を受けた時に50州全てを遊説すると述べたことで、病気のために休まざるを得なかったため選挙日程が狂い、選挙戦の一番大事な終盤に選挙人の多い重要な接戦州を回れず、遠いハワイ州やアラスカ州などを回らざるを得なかったことである。ケネディはその間に多くの接戦州を重点的に遊説して最後の逆転につながった。最終的に投票総数ではケネディとは僅差でありながら、獲得した選挙人数では303対219と差をつけられた。

その後、1968年の大統領選挙及び1972年の大統領選挙において、ニクソンはテレビ討論に出演しなかったが当選及び再選を果たしている。1976年の大統領選以降はテレビ討論が行われているため、ニクソンはテレビ討論に出演せずに当選した最後の大統領となっている。
ケネディの選挙不正への対応

この時の選挙において、ケネディが予備選挙中に友人のフランク・シナトラから紹介してもらったシナトラの元恋人ジュディス・キャンベルを経由して、イリノイ州シカゴのマフィアの大ボス、サム・ジアンカーナを紹介してもらいウェスト・ヴァージニア州における選挙への協力を直接要請した他、当時シナトラとマフィアの関係に注目し捜査を行っていたFBIの盗聴により、シナトラが同州のマフィアからケネディのために寄付金を募り、ケネディの選対関係者にばらまいたことが明らかになっている[25]。

さらに禁酒法時代に密造酒の生産と販売を行っていた関係から、東海岸やシカゴ一帯のマフィアと関係の深いケネディの父ジョセフも、マフィアの協力の下、マフィアやマフィアと関係の深い労働組合・非合法組織を巻き込んだ大規模な選挙不正を行っていたことが現在では明らかになっている[26][27]。

これらのケネディ陣営に対するマフィアによる選挙協力のみならず、選挙終盤におけるケネディ陣営のイリノイ州などの大票田における大規模な不正[注釈 5] に気づいたニクソン陣営は正式に告発を行おうとしたが、ニクソンが過去に精神科のカウンセリングを受けた過去[注釈 6] がある証拠をケネディ陣営がつかんでいたものの「切り札」として公開しなかったこともあり、「やぶ蛇になることを恐れ告発に踏み切れなかった」ことと、アイゼンハワーから「選挙結果が出てから告発を行い、泥仕合になり大統領が決まらないままになると国家の名誉を汚すことになる」と説得されて告発を取りやめている[28]。
敗北

アイゼンハワーからの説得を受けてケネディ陣営に対する告発を取りやめたニクソンは、最終的に得票率差がわずか0.2ポイント（ケネディ49.7パーセント/3422万984票、ニクソン49.5パーセント/3410万8157票）という、歴史上に残るほどの僅差であった。勝った州はケネディ24州、ニクソン26州。しかし獲得した選挙人数は全選挙人数538人でケネディは303人獲得しており、ニクソンは選挙人219人の獲得に終わり、ケネディの選挙人の多い州を重点に回る選挙戦略の成果であったとも言われている[29] が、やがてケネディの不正が明らかになった。