Лихи был впервые избран в Сенат Соединенных Штатов в 1974 году, сменив ушедшего в отставку на 34 года Джорджа Эйкена. В 34 года он стал самым молодым сенатором в истории штата Вермонт. В 1980 году Лихи едва не потерпел поражение от республиканца Стюарта Ледбеттера, набрав всего 2 700 голосов на фоне убедительной победы Рональда Рейгана. В 1986 году он столкнулся с еще более сильным соперником в лице бывшего губернатора Ричарда Снеллинга, но Лихи отбил этот вызов, набрав 63 процента голосов. В 1992 году он столкнулся с другим соперником в лице государственного секретаря штата Вермонт Джима Дугласа и победил с перевесом в 11 очков.
Лихи стал первым нереспубликанским сенатором от Вермонта с 1856 года. По сей день он является единственным демократом, когда-либо избранным в Сенат от Вермонта. Формально он является одним из трех демократов, представлявших Вермонт в обеих палатах Конгресса с момента окончания Гражданской войны.
Дальнейшая карьера
В марте 2004 года Лихи и Оррин Хэтч представили Пиратский закон, поддержанный RIAA. В июле 2004 года Лихи и Хэтч представили закон INDUCE. Оба закона были направлены на борьбу с нарушением авторских прав.
2 ноября 2004 года Лихи легко победил своего соперника, бизнесмена Джека МакМаллена, набрав 70,6 процента голосов. 5 января 2005 года Чейни привел Лихи к присяге на шестой срок в Сенате.
21 сентября 2005 года Лихи объявил о своей поддержке кандидатуры Джона Робертса на пост председателя Верховного суда США. 19 января 2006 года Лихи объявил, что будет голосовать против кандидатуры судьи Самуэля Алито на пост судьи Верховного суда.
18 января 2007 года Лихи получил широкое освещение за свой перекрестный допрос генерального прокурора Альберто Гонзалеса по делу Махера Арара и чрезвычайной выдаче Арара в Сирию.
Временный президент
После смерти 17 декабря 2012 года временного председателя Сената Дэниела Иноуе, Лихи стал самым старшим сенатором в партии большинства и был избран новым временным председателем единогласно.
3 января 2015 года Оррин Хэтч сменил Лихи на посту временного председателя Сената США. Вскоре после этого он был удостоен звания "Почетный президент" (President pro tempore emeritus).