Hattie Caraway var således den första kvinnan som hade tid på sig att fördjupa sig i arbetet som senator i USA. Hon vann fyllnadsvalet12 januari1932 och blev den första kvinnan som hade vunnit ett senatsval i USA. Hon meddelade att hon kandiderar till omval senare samma år. Senator Huey Long hjälpte till med återvalskampanjen. Han gjorde en nio dagar lång kampanjturné i Arkansas för att hjälpa Hattie Caraway vinna ytterligare ett val. När Huey Long 1935 mördades, fick Caraway för första gången en kvinnlig kollega i senaten. Rose McConnell Long efterträdde även hon sin make och representerade Louisiana i senaten från januari1936 till januari1937.
Kongressledamoten John Little McClellan utmanade Hattie Caraway i demokraternas primärval inför senatsvalet 1938. McClellans kampanjslogan "We need another man in the Senate" hjälpte inte honom. Caraway vann tack vare sin popularitet bland kvinnor, krigsveteraner och fackföreningsmedlemmar. Det sista senatsvalet som hon vann var 1938. Sex år senare besegrade J. William Fulbright henne i demokraternas primärval.
Hennes grav finns på West Lawn Cemetery i Jonesboro, Arkansas.