Senat Po śmierci senatora Williama Langera w listopadzie 1959, Burdick ubiegał się w przedterminowych wyborach (odbywających się 28 czerwca 1960) o jego stanowisko na pozostałe cztery i pół roku kadencji. Jego Republikańskim przeciwnikiem był gubernator John E. Davis. W trakcie kampanii Burdick otrzymał silne poparcie od National Farmers Union. Jego sloganem wyborczym było „Pokonaj Bensona z Burdickiem” (ang. „Beat Benson with Burdick”), odnoszące się do Sekretarza Rolnictwa Bensona, którego polityka była niepopularna wśród stanowych farmerów pszenicy. Burdick pokonał Davisa 1.118 głosami.
W roku wyborów, Burdick ożenił się po raz drugi, poślubiając Jocelyn Birch Peterson. Mieli razem jednego syna.
8 sierpnia 1960 Burdick zrezygnował z miejsca w Izbie Reprezentantów i został zaprzysiężony jako członek Senatu Stanów Zjednoczonych. Był ponownie wybierany w każdych kolejnych wyborach, będąc senatorem aż do swojej śmierci w 1992.
Burdick otrzymał pseudonim „Król wieprzowiny” – za skupianie się w swojej działalności legislacyjnej praktycznie wyłącznie na sprowadzaniu funduszy federalnych do Dakoty Północnej, która była stanem rolniczym, biednym i mniej rozwiniętym niż inne stany.