W 1912 roku Wilson zwyciężył w wyborach prezydenckich i oboje wprowadzili się do Białego Domu. Zgodnie z zapowiedzią prezydenta, nowa pierwsza dama nie zorganizowała przyjęcia inauguracyjnego. Z jej inicjatywy do Kongresu wpłynął projekt ustawy (nazwany „Mrs. Wilson Bill” bądź „Alley Bill”), który wprowadzał program budowy tanich mieszkań dla ubogich Afroamerykanów. Ellen Wilson osobiście oprowadzała kongresmanów i senatorów po slumsach, żeby uświadomić im potrzebę wprowadzenia nowego prawa. Ustawa została wprowadzona w 1914 roku. Oprócz tego pierwsza dama działała na rzecz praw kobiet: m.in. domagając się budowy damskich toalet. Była zwolenniczką przyznania kobietom praw wyborczych, choć nie wyrażała tego publicznie. Ponadto malowała obrazy, które potem darowała organizacjom charytatywnym. W 1913 roku w Filadelfii odbyła się wystawa pięćdziesięciu pejzaży autorstwa Ellen Wilson.

W marcu 1914 roku upadła i przez dłuższy czas nie mogła odzyskać pełnej sprawności. Dwa miesiące później została sparaliżowana, a lekarze orzekli, że cierpi na chorobę Brighta. Zmarła 6 sierpnia 1914 w Waszyngtonie. Jej pogrzeb odbył się w Rome.