1904年对于罗斯福来说是充满希望的一年，尽管势态并不明朗。在没有继任总统之前，他把这一年当成一次入主白宫的机会，等到当上总统后，他又谋求在这一年用自己的名义当选。为了这一年，他苦心孤诣、忍辱负重，他要力争在这一年实现自己多年的梦想，达到整个政治生涯的顶峰。在第一任期内，他扶持自己的亲信、扩大共和党在南部的影响、尽力博得企业界的好感……他所做的每一件事，都是为此做准备。1904年总统大选时，罗斯福在共和党内的主要对手病逝，遂使他轻而易举获得党内提名，并赢得大选。
在重新赢得大选以后，罗斯福的政治倾向和施政风格发生了很大的变化，他一改过去那种谨小慎微的姿态，变得激进、强硬，显得更加雄心勃勃了。这主要是因为第二任开始之际，国内的政治形势和社会局面，对他都十分有利。那时进步主义运动已在全国范围内展开，改革之势不可抗拒。1901年，罗伯特·拉福莱特就任威斯康星州长，艾伯特·B卡明斯就任艾奥瓦州长，以中西部为主体的州一级的改革逐步展开，成果斐然，所实行的很多政策和措施，对联邦的改革既是一个呼应，也提供了很好的借鉴。城市的改革自19世纪90年代以来，在不少地方渐次进行，市政管理的改善、公用设施的改进和劳资关系的协调，乃是其突出的成就。民间各种改革团体纷纷成立，五花八门的立法要求、改革主张都得到宣扬。人心思变已经成为社会潮流。从企业主到工会领袖，从政府官员到社会名流，均以“改革”相标榜，“进步派”的头衔是人人都想拥有的一种殊荣。在这种形势下，罗斯福的改革主张终于获得了实施的大好时机。
1904年12月4日，罗斯福发布第四次年度咨文，提出一个较为详细具体的改革方案，内容涉及管理铁路、保护资源、劳工立法、政府节约、改进农业、反对腐败、改善城市环境等方面的内容。从这篇文件可以看出，罗斯福的改革思想有新的发展，对政府、社会、个人之间的关系有更深入的理解。他主张政府全面承担责任，主张对社会实行更富成效的管理。他对不同社会集团之间的关系提出新的解释，呼吁每个集团都对社会承担责任。他说：“在资本家和工人中，都应逐渐培养一种责任感和容忍之心；每个人都应养成尊重他人权利的习惯；应当培养一种广泛的社会利益感，不仅关心资本家自己的利益，也不仅仅考虑工人自己的利益，而应注重资本家与工人相互之间的利益，注重他们两者与那些同他们一起构成整个国家的同伴之间的利益；这一切比任何立法都要来得重要。”他所揭示的是一种新的社会整体观；他所追求的首要目标，是社会的和谐。当然，试图把两个相互对抗的阶级的利益纳入同一轨道，多少带有空想的色彩；而且，不问青红皂白地要求工人关注整个社会的利益，显然忽视了工人的特殊处境和自身利益。其实上面的想法也不是罗斯福个人的发明，而是进步派当中流行的基本信念之一，罗斯福的贡献，在于把这些观点写进了国务文件，从而具有更为广泛的影响。
西奥多·罗斯福体验空中旅行
在具体的施政方面，罗斯福在第二任开始时所追求的首要目标，就是加强对铁路的管理。20世纪初，铁路被视为强大的力量。罗斯福认为政府应加强对铁路运输和跨州贸易的监管和规范，使国会于1906年通过了《赫本法案》，授权州际贸易委员会设置铁路运费上限，同时也禁止铁路公司为关系公司免费运输货物。当时无人预料到未来蓬勃的汽车运输业对铁路的挑战，该法案对消费者和商业企业提供了一定程度的保护。同年，他还促使国会通过《食品和药物纯净法案》和《肉类产品监督法案》，对养畜和肉类加工企业进行稽查和实施强制卫生标准。国会修正了该法案，以免小型屠宰场的不合卫生标准的产品损害出口和国内市场。除此之外，罗斯福还促成《雇主责任法》的通过，这是罗斯福在争取劳工赔偿立法的道路上迈出的试探性一步，也是他关于社会成员共同发展的社会整体观的反映。
罗斯福对美国乃至世界最大的一个贡献，就是大力倡导和推动自然资源保护运动。当初拉什莫尔山国家纪念碑的设计者们之所以把他放在其中，主要意图也就是借以昭示他在这方面的历史功绩。如果说托马斯·杰斐逊是美国总统中的第一位环境保护论者，那么，罗斯福就是第一个身体力行地加以实施的环境保护主义者。他在猎人和渔民阶层获得了广泛支持。1904年3月14日，他在佛罗里达设立了第一个国家鸟类保护区，也是野生动物庇护系统的雏形。1905年，他敦促国会成立美国林业服务局，管理国有森林和土地。罗斯福设立的国家公园和自然保护区面积比其所有前任所设的总和还多，共194亿英亩，举世闻名的大峡谷国家公园就是其中之一。他常给《户外生活》（Outdoor life）杂志撰稿，昭示自然保护理念和报告国家公园进展。他在一篇文章中写道：“我们的发展与永久性财富的资源保护有密切的关系。”他并非极端环保主义者，认为自然资源应有效地使用，避免浪费。1906年，罗斯福在白宫召集全国州长会议，讨论对于水、森林和其他自然资源的有效规划、分析和使用问题。
罗斯福在外交上最显赫的成就是开凿巴拿马运河，将纽约与旧金山之间的水路航程缩短了8000英里（约14万千米）。当时，巴拿马是隶属于哥伦比亚的一个省。哥伦比亚与尼加拉瓜竞争运河选址。1902年，哥伦比亚与美国政府谈妥了一个条约，由美国出钱从法国购买巴拿马运河工程的设备，1881年法国在巴拿马有过失败的尝试。条约签字后，在哥伦比亚参议院批准的手续中出了麻烦。哥伦比亚参议院的要价比条约高出1000万美元。美国政府拒绝就价格重新谈判，哥伦比亚政客于是提出新建议，将条约中第三方的法国公司踢开，结馀的款项付给哥伦比亚。哥伦比亚参议院在谈判中意图诡诈，罗斯福对于欺骗法国公司的做法感到厌恶。
1903年，罗斯福作出最后决定，出于对巴拿马运河利益的考虑，支持巴拿马独立。独立战争仅持续了几个小时，哥伦比亚士兵每人接受了50美元的贿赂，便放下武器。1903年11月3日，巴拿马共和国诞生，启用美国事先起草的宪法。不久，美国与巴拿马缔约，以1000万美元的代价拥有巴拿马运河的开发和使用权。1904年运河工程开工，1914年竣工。
1905年日俄战争开始，日本陆海军以弱胜强。虽然罗斯福对沙俄在远东的野心感到不安，对日本军队的战斗力极为欣赏，但是他也不愿意让日本在远东独大。罗斯福召集两国代表在新罕布什尔州普兹茅斯港进行和谈。他对调停人的角色非常着迷，连哄带吓，最终使两国签署了《普兹茅斯条约》。罗斯福因此赢得巨大的国际声誉，并且获得1906年度诺贝尔和平奖。后来，他又仲裁了德国与法国在摩洛哥的势力划分。
在罗斯福第二任期的尾声，他派遣了一个由16艘最先进的战舰组成的舰队环绕地球，航程始于1907年12月16日，止于1909年2月22日。罗斯福向世界展示美国海军有能力登上世界舞台。这个航程对于日益紧张的日美关系发挥了微妙的影响。日本帝国海军在日俄战争中击败了沙皇的舰队后，美国海军在太平洋地区的力量显得薄弱。罗斯福巧妙地宣示了美国海军在这一地区的控制权。罗斯福的海军战略为美国在列强面前赢得了尊重。
1907年12月3日，罗斯福在年度咨文中，要求国会授权减免和取消庚子赔款中超出实际损失部分，将多余部分用于资助中国的教育和学生留美费用。1908年，美国向中国退回半数庚子赔款。其中的一部分用于开办清华留美预备学校，即清华大学的前身。清华大学立校后，将一个体育馆命名为罗斯福纪念体育馆。
罗斯福虽然贵为总统，但仍本色不改。他喜欢带着朋友甚至内阁官员进行野外徒步，在白宫里拳击，跟孩子打闹，高声朗读等。1908年的一次拳击练习使其左眼永久失明。他精力充沛，对许多事务有狂热的兴趣，以至某国大使无奈地说，“记住，总统就像六岁小儿。”罗斯福曾试图推动英语拼写改革方案，在政府公文里强行推动新拼音，并给政府印刷机构下令采用新文字。甚至总统关于巴拿马运河事务的公文都用了新拼音。这一改革给公众带来很大困扰，最后他被迫收回成命。这一举动为大众提供了不少幽默话题。
1914年第一次世界大战爆发后，罗斯福竭力支持英法联盟，认为它们是在捍卫人类文明。他主张对德国采取严厉措施，报复其潜艇袭击。当时德裔和爱尔兰裔美国人主张保持中立。罗斯福对此强烈谴责，指责这些人不爱国，将德国和爱尔兰的利益置于美国利益之上。1917年美国参战后，罗斯福自告奋勇组织一个志愿步兵营，但被威尔逊回绝。罗斯福对威尔逊的批评使共和党于1918年重新夺回国会的控制权。罗斯福在选民中仍有很高的号召力，使他萌生角逐1920年总统大选之念。然而自1918年，疟疾使他的健康每况愈下。同年，他的小儿子昆腾参加空军赴法国作战，战机被击落后阵亡。昆腾是罗斯福的幼子，并且在精神气质上最像父亲。丧子之痛使罗斯福的身体再未完全康复。
尽管晚年疾病缠身，罗斯福仍保持乐观的生活方式。他是童子军活动积极推动者。美国童子军总会授予他“首席童子军公民”称号，他也是唯一获此头衔者。 1919年1月6日，罗斯福在自己的居所内平静地离世，享年60岁。收到他去世的消息后，他的儿子亚齐给亲友们发电报说：“老狮子去世了。”
拉什莫尔山雕塑
1927年，罗斯福与乔治·华盛顿、托马斯·杰弗逊、亚伯拉罕·林肯并列雕刻在拉什莫尔山的美国总统纪念公园。美国海军用罗斯福的名字命名了两艘舰艇：罗斯福号潜艇于1961至1982年服役；罗斯福号航空母舰自1986年起在大西洋舰队服役。
罗斯福在总统任内开创了诸多先例。1901年首次邀请一位黑人布克·T华盛顿（Booker TWashington）在白宫共进晚餐；奥斯卡·S施特劳斯（Oscar SStraus）成为第一个被任命为内阁部长的犹太人；麦金莱遇刺后，罗斯福成为第一位接受特勤部门全天候保护的总统；他是第一位在总统官方肖像上打领带的，自此成为美国总统肖像的着装惯例；他是第一个从副总统继位总统，并于下次大选中获胜连任者。1906年，罗斯福成为首位获得诺贝尔和平奖的美国人。同年，他视察巴拿马运河区，开创现任总统出国访问的先例。