Nach dem Tod des Abgeordneten Julian C. Dixon wurde Diane Watson bei der fälligen Nachwahl für den 32. Sitz von Kalifornien als dessen Nachfolgerin in das US-Repräsentantenhaus in Washington, D.C. gewählt, wo sie am 5. Juni 2001 ihr neues Mandat antrat. Seit 2003 vertrat sie dort den 33. Wahlbezirk ihres Staates. In ihre Zeit als Abgeordnete fielen die Terroranschläge am 11. September 2001, der Irakkrieg und der Militäreinsatz in Afghanistan. Watson war Mitglied im Auswärtigen Ausschuss und im Committee on Oversight and Government Reform sowie in sechs Unterausschüssen. Im Jahr 2010 verzichtete sie auf eine weitere Kandidatur. Ihre Nachfolge trat Karen Bass an.