Στις 7 Φεβρουαρίου 2006, ανακοίνωσε ότι θα διεκδικήσει το χρίσμα των Δημοκρατικών για τον αγώνα του 2006 για τη Γερουσία εναντίον του γερουσιαστή της Βιρτζίνια Τζορτζ Άλεν.
Στις προκριματικές εκλογές των Δημοκρατικών στις 13 Ιουνίου 2006, ο Γουέμπ αντιμετώπισε τον μακροχρόνιο επιχειρηματία και λομπίστα Χάρις Μίλερ. Ο Γουέμπ κέρδισε με ποσοστό 53,5% των ψήφων, σε έναν αγώνα με χαμηλή συμμετοχή. Στις 4 Ιανουαρίου 2007, ο Γουέμπ ορκίστηκε στην 110η Γερουσία των ΗΠΑ, συνοδευόμενος από τον Γερουσιαστή Τζον Γουόρνερ (R-Va.), έναν συνάδελφό του πρώην Υπουργό Ναυτικού, και τον πρώην Δημοκρατικό Γερουσιαστή της Βιρτζίνια Τσακ Ρομπ, ο οποίος κατείχε την ίδια θέση πριν χάσει από τον Άλεν.
Στις 15 Νοεμβρίου 2006, ο επικεφαλής της πλειοψηφίας της Γερουσίας Harry Reid ανέθεσε στον Webb τρεις επιτροπές: τις επιτροπές Εξωτερικών Σχέσεων, Υποθέσεων Βετεράνων και Ενόπλων Δυνάμεων.
Στις 23 Ιανουαρίου 2007, ο Webb έδωσε την απάντηση των Δημοκρατικών στην ομιλία του Προέδρου για την κατάσταση της Ένωσης, εστιάζοντας στην οικονομία και το Ιράκ. Η ομιλία του Γουέμπ απέσπασε θετικές κριτικές και θεωρήθηκε ως μία από τις ισχυρότερες απαντήσεις για την κατάσταση της Ένωσης στην πρόσφατη μνήμη. Ο Γουέμπ, παρασημοφορημένος βετεράνος πολέμου, μίλησε για το στρατιωτικό παρελθόν της οικογένειάς του, για τη δική του παθιασμένη προσήλωση στο στρατό και για τον τρόπο με τον οποίο οι προηγούμενοι πρόεδροι προσπαθούσαν πάντα να διασφαλίσουν ότι είχαν ληφθεί όλες οι προφυλάξεις όταν έστελναν νέους Αμερικανούς σε κίνδυνο.
Στις 14 Αυγούστου 2009 ο Webb επισκέφθηκε τη Μιανμάρ (Βιρμανία), όπου είδε τον ηγέτη της χούντας, τον στρατηγό Than Shwe, καθώς και τη φιλοδημοκρατική ηγέτιδα Aung San Suu Kyi, η οποία βρισκόταν σε κατ' οίκον περιορισμό. Κατά τη διάρκεια της επίσκεψης του Webb με τον Than Shwe, ο Webb διαπραγματεύτηκε την απελευθέρωση και απέλαση ενός φυλακισμένου Αμερικανού, του John Yettaw.
Στις 9 Φεβρουαρίου 2011, ο Webb ανακοίνωσε ότι δεν θα διεκδικήσει την επανεκλογή του στη Γερουσία το 2012.