W 2017 roku był rozważany jako potencjalny następca senatora Ala Frankena, który zrezygnował ze stanowiska z powodu oskarżeń o molestowanie seksualne. Walz odmówił jednak startu i poparł kandydaturę Tiny Smith, która niespełna rok później zdobyła mandat z przewagą ponad 10 pp.
Gubernator Minnesoty mały|284x284px|Zaprzysiężenie Tima Walza na urząd gubernatora W marcu 2017 roku dotychczasowy gubernator Minnesoty, Mark Dayton, zrezygnował z ubiegania się o kolejną kadencję. Dwa tygodnie później Walz ogłosił chęć ubiegania się o nominację Demokratów i startu w wyborach na gubernatora stanowego. Po trudnych prawyborach, w których władze Partii poparły jego kontrkandydatkę i członkinię stanowej Izby Reprezentantów, Erin Murphy, zapewnił nominację Minnesota Democratic-Farmer-Labor Party z wynikiem 41,6% głosów. Pokonał tym samym znacząco zarówno Murphy, jak i liderkę sondaży, Lori Swanson, które uzyskały odpowiednio 32,03% i 24,59% głosów.