2016
Ward ilmoitti 14. heinäkuuta 2015 lähtevänsä kilpailemaan republikaanien ehdokkuudesta Yhdysvaltain senaattiin Arizonassa, vastassaan pitkäaikainen viranhaltija John McCain, jota monet poliittiset analyytikot pitivät Tea Party -liikkeen ja muiden republikaanikonservatiivien kärkisijoilla. Joulukuun 2. päivänä 2015 Ward ilmoitti, että Arizonan juoksemisesta luopumista koskevien lakien mukaisesti hän eroaa osavaltion senaatista 15. joulukuuta 2015, jotta hän voisi omistaa aikansa Yhdysvaltain senaattiin pyrkivälle ehdokkaalle. Hänen seuraajakseen tuli Sue Donahue.
11. heinäkuuta 2016 Ward julkaisi Facebook-sivullaan mainoksen, jossa hän sanoi, että John McCain, hänen ensisijainen vastustajansa vuoden 2016 republikaanien esivaalien senaatinvaaleissa, oli liian ystävällinen ministeri Hillary Clintonin kanssa. Mainoksessa sanottiin, että he olivat poliittisilta näkemyksiltään lähes identtisiä, ja todettiin, että ”he ovat samaa mieltä” muun muassa ”armahduksesta laittomille maahanmuuttajille”, presidentti George W. Bushin veronalennusten vastustamisesta, bensiiniverosta ja ”konservatiivisten tuomareiden estämisestä”. Mainos oli identtinen kopio silloisen presidenttiehdokkaan Mitt Romneyn vuonna 2008 julkaisemasta mainoksesta, paitsi että Ward korvasi videon lopussa Romneyn hyväksymisviestin omallaan. Romneyn asianajajat ottivat yhteyttä Wardiin ja hänen kampanjaansa ja määräsivät häntä lopettamaan mainoksen käytön jatkossa ja totesivat, että Romney for President ei ollut antanut lupaa mainoksen käyttöön. Wardin kampanja ei kiistänyt yhtäläisyyksiä ja kertoi toimittajille, että ”Mitt Romney osui oikeaan”. Wardin tiedottaja Stephen Sebastian lisäsi: ”Jos kenkä sopii, käytä sitä. Sisältö on edelleen sama. Jotkut asiat eivät koskaan muutu.”
Elokuussa 2016 Ward hävisi esivaalit McCainille.
2018
Lokakuussa 2016 Ward ilmoitti asettuvansa ehdolle vuoden 2018 republikaanien esivaaleissa virkaa tekevää senaattoria Jeff Flakea vastaan (joka myöhemmin ilmoitti vetäytyvänsä senaatista). Ward kritisoi Flakea siitä, että hän on ”avointen rajojen ja armahduksen globalisti”, ja kuvaili itseään ”muurin rakentajaksi, laittoman maahanmuuton pysäyttäjäksi amerikkalaiseksi”. Esivaaleissa Ward kohtasi Yhdysvaltain edustaja Martha McSallyn ja Maricopan piirikunnan entisen sheriffin Joe Arpaion. Arpaion ja Wardin katsottiin kilpailevan samasta esivaalien äänestäjäkunnasta, sillä molemmat ovat erittäin konservatiivisia ja vakaasti Trump-myönteisiä, kun taas McSally on maltillisempi.
Heinäkuussa 2017, sen jälkeen kun McCainilla oli diagnosoitu aivosyöpä, Ward sanoi toivovansa, että McCain eroaisi mahdollisimman nopeasti. Ward sanoi radiohaastattelussa: ”Toivon, että senaattori McCain tarkastelee asiaa pitkään ja hartaasti, että hänen perheensä ja neuvonantajansa tarkastelevat asiaa ja neuvovat häntä eroamaan mahdollisimman nopeasti. Jotta maan asiat ja Arizonan edustus liittovaltion tasolla voivat edetä. … Emme voi olla vuoden 2018 vaaleihin asti odottelemassa Trumpin agendan toteuttamista, rajan turvaamista ja laittoman maahanmuuton pysäyttämistä ja Obamacaren kumoamista ja talouden korjaamista ja veteraanihallinnon korjaamista, kaikki nuo asiat on tehtävä, emmekä voi olla pysähdyksissä odottaessamme, että John McCain päättää, mitä hän aikoo tehdä.” Ward sanoi toivovansa, että Arizonan kuvernööri harkitsisi hänen nimittämistään McCainin paikalle.
Elokuussa 2017 useat tapahtumat vaikuttivat hänen kampanjaansa. Hän ilmaisi tukevansa presidentti Trumpin armahdusta entiselle seriffi Joe Arpaolle, joka oli tuomittu rikosoikeudellisesta oikeuden halventamisesta. Miljardööri Robert Mercer – joka oli tukenut Wardin vuoden 2016 kampanjaa – ilmoitti lahjoittavansa 300 000 dollaria hänen vuoden 2018 ehdokkuuttaan tukevalle Super PAC:lle.
Samana kuukautena ilmestyi myös hyökkäysvideomainos, jossa Wardia syytettiin siitä, että hän oli samaa mieltä chemtrail-salaliittoteorian kanssa, ja jossa häneen viitattiin nimellä ”Chemtrail Kelli”. Mainosta sponsoroi senaatin enemmistöjohtajan Mitch McConnellin kanssa samoilla linjoilla oleva Senate Leadership Fund, ja se saattoi toimittaja Clare Malonen mukaan olla ensimmäinen kerta, kun Ward tuli ”monien Arizonan ulkopuolisten” tietoisuuteen (chemtraileja ja Wardia koskeva mainos ilmestyi ensimmäisen kerran vuoden 2016 senaattorikisassa McCainin kanssa). Politifact arvioi väitteen, jonka mukaan Ward ”isännöi kaupungintaloa ’chemtrail-salaliittoteorioista’ ja on valmis tukemaan chemtrail-lainsäädäntöä”, ”enimmäkseen vääräksi”, ja factcheck.org leimasi mainoksen ”harhaanjohtavaksi”. Ward kritisoi mainoksen osoittavan ”konservatiivisille naisille varattua seksismiä.”
Lokakuussa 2017 entinen presidentin vanhempi neuvonantaja Steve Bannon tuki Wardia virallisesti hänen vuoden 2018 kampanjassaan. Ward esiintyi yhdessä Bannonin kanssa ilmoittaakseen kannatuksesta. Häntä kannatti myös Great America PAC, jota on kuvailtu ”Team Bannonin haaraksi”. Bannon on sanonut uskovansa, että Ward auttaa rakentamaan muurin Yhdysvaltain etelärajalle ja kumoamaan kohtuuhintaisen terveydenhuoltolain. Ward yritti myöhemmin ottaa etäisyyttä Bannoniin sen jälkeen, kun Bannon oli julkisesti riidellyt Trumpin kanssa, jonka kannatusta Ward myös tavoitteli, kertoo The Arizona Republic. Tammikuussa 2018 Ward sanoi: ”Steve Bannon, en tiedä, sainko oikeastaan täyttä hyväksyntää Steveltä … Hän ei ole henkilö, jonka kanssa olen tavoittanut ja jonka kanssa olen puhunut millään tavalla, muodossa tai muodossa … Otan etäisyyttä Steve Bannoniin.” Wardia kannattivat myös Sean Hannity, Laura Ingraham, edustaja Steve King ja senaattori Rand Paul.
Toukokuussa 2018 Joe Arpaio syytti Wardia siitä, että hän oli houkutellut häntä luopumaan republikaanien esivaaleista vastineeksi tuottoisista puhekeikoista Trump-myönteisen ryhmän kanssa; Wardin kampanja kiisti syytöksen. Esivaaleja kuvattiin ”kiistanalaisiksi”, ja Ward kieltäytyi sanomasta, tukisiko hän McSallya parlamenttivaaleissa, jos tämä voittaisi republikaanien ehdokkuuden.
Kesäkuussa 2018 The Arizona Republic -lehti kertoi, että Wardin yhteydet kiisteltyihin ja äärikonservatiivisiin hahmoihin olivat heikentämässä hänen kampanjaansa. Kampanjan aikana Ward sanoutui irti Paul Nehlenistä, antisemitistisestä ja muslimivastaisesta kommentaattorista, jota hän oli aiemmin ylistänyt ja kuvannut ”ystäväkseen”. Ward ylisti Nehleniä, kun tämä yritti epäonnistuneesti syrjäyttää edustajainhuoneen puhemiehen Paul Ryanin vuonna 2016. Hän esiintyi yhdessä Nehlenin kanssa useaan otteeseen. Wardin aviomies, joka oli myös kampanjan tukihenkilö, on edistänyt salaliittoteorioita Seth Richistä, Clintonien murhaamista ihmisistä ja John McCainin yhteistyöstä islamilaisen valtion kanssa. Elokuussa 2018 Ward ilmoitti kampanjabussikiertueesta, johon osallistui Mike Cernovich, alt-right-mediapersoona ja salaliittoteoreetikko. Cernovich oli edistänyt Pizzagate-salaliittoteoriaa väittäen valheellisesti, että Clintonin kampanjan sisällä olisi ollut laaja pedofiiliverkosto, jonka olemassaoloa Ward kieltäytyi kiistämästä. Kun Wardilta kysyttiin, oliko hän samaa mieltä Cernovichin uskomusten kanssa, hän sanoi, ettei tiennyt paljonkaan Cernovichin näkemyksistä.
24. elokuuta 2018, päivänä, jolloin ilmoitettiin, että senaattori John McCain lopettaa lääketieteellisen hoidon terminaalivaiheessa olevan aivosyövän vuoksi, eräs Wardin kampanjatyöntekijöistä kyseenalaisti Facebookissa kysymyksen siitä, oliko ilmoitus ”suunnitelmana viedä tiedotusvälineiden huomio pois kampanjalta” Kelli Wardin bussikiertueen ”aloituspäivänä”. Vastauksena Ward kirjoitti: ”Luulen, että he halusivat tietynlaisen narratiivin, jonka he toivovat olevan negatiivinen minulle.” McCain kuoli tunteja Wardin alkuperäisen kommentin jälkeen, joka poistettiin tai poistettiin julkisuudesta. Ward teki sen jälkeen jatkokommentin (myöhemmin myös poistettu tai piilotettu), jonka mukaan ”media rakastaa narratiivia … se on mediaa, joka tekee jotain tyhjästä.”
Ward hävisi Martha McSallylle republikaanien esivaaleissa 28. elokuuta 2018 saaden 28 % äänistä McSallyn 52 %:n ja Arpaion 19 %:n äänistä.