9 listopada 2011 został wicemarszałkiem Senatu VIII kadencji oraz przewodniczącym grupy senatorów klubu parlamentarnego Prawa i Sprawiedliwości. W 2015 został ponownie wybrany na senatora (dostał 54 489 głosów). 12 listopada 2015 został wybrany na marszałka Senatu IX kadencji.
7 sierpnia 2019 Kancelaria Senatu opublikowała listę lotów marszałka Senatu o statusie HEAD od 2018. Wynikało z niej, że w dziewięciu podróżach wykonującemu obowiązki służbowe politykowi towarzyszyli członkowie rodziny. Wykaz ten został ujawniony w okresie zajmowania się przez media i posłów opozycji sprawą kontrowersji dotyczących lotów krajowych marszałka Sejmu Marka Kuchcińskiego.
W wyborach w 2019 Stanisław Karczewski z powodzeniem ubiegał się o senacką reelekcję, otrzymując 70 878 głosów. Nie został ponownie wybrany na marszałka Senatu, przegrywając w głosowaniu z Tomaszem Grodzkim z PO. 12 listopada 2019 został natomiast wicemarszałkiem Senatu X kadencji, 13 maja 2020 złożył rezygnację z tej funkcjiUchwała Senatu Rzeczypospolitej Polskiej z dnia 13 maja 2020 r. w sprawie odwołania wicemarszałka Senatu ().;