Nach seiner erneuten Rückkehr 1953 begann er eine politische Laufbahn im Bundesstaat Vermont: zunächst bis 1955 als stellvertretender Attorney General des Staates und danach zwischen 1955 und 1957 als Attorney General. 1957 wurde er dann zum Vizegouverneur gewählt, ehe er im Anschluss daran von 1959 bis 1961 als Nachfolger von Joseph B. Johnson selbst Gouverneur von Vermont war.
Kongressabgeordneter und Senator
Im Anschluss an seinen schnellen Aufstieg an die Spitze des Bundesstaates wurde er bei den Wahlen zum US-Repräsentantenhauses zum Abgeordneten des einzigen Wahlkreises Vermonts gewählt. Als solcher gewann er als Mitglied der Republikanischen Partei insgesamt fünf Wahlen, so dass er von 1961 bis 1971 die Interessen des Bundesstaates im Repräsentantenhaus vertrat.
Im September 1971 verzichtete er auf sein Abgeordnetenmandat, um vorübergehend den aufgrund des Todes von Winston L. Prouty frei gewordenen Senatssitz zu besetzen. Wenige Monate später gewann er im Januar 1972 die Nachwahl für diesen Senatssitz der Klasse 1. Nach zwei erfolgreichen Wiederwahlen gehörte er dem US-Senat damit insgesamt 18 Jahre bis zu seinem Rücktritt 1989 an. Zuletzt war er zwischen 1981 und 1987 Vorsitzender des Senatsausschusses für Umwelt und öffentliche Arbeiten (United States Senate Committee on Environment and Public Works). Während seiner Zeit als Senator wurde das nach ihm benannte "Robert T. Stafford Disaster Relief and Emergency Assistance Act" verabschiedet, ein Gesetz zur Koordinierung der Hilfen bei bundesweiten Naturkatastrophen.[1][2] 1988 benannte der US-Kongress in Anerkennung seiner Arbeit für die Höhere Bildung das Nationale Studentendarlehenprogramm in "Robert T. Stafford Student Loan Program".