Pada 6 November 2012, Pence telah terpilih untuk menjadi Gabenor Indiana. Pence menjadi gabenor bahagian itu pada 14 Januari 2013.Pence telah membuat pembaharuan cukai, iaitu 10% kadar cukai pendapatan dipotong, keutamaan pada tahun 2013.

Pence telah menandatangani Rang Undang-Undang 101 Senat Indiana untuk menjadi undang-undang. Undang-undang yang ditandatangani itu mendapat kritikan meluas oleh orang ramai.

Sehingga Mac 2016, Pence gagal mencuba untuk menangani pelarian Syria daripada ditempatkan semula di Indiana.

Pence bertanding untuk penggal kedua sebagai gabenor. Beliau menang tanpa bertanding pada 3 Mei 2016. Pence berdepan dengan calon Demokrat, John Gregg, bekas Speaker Dewan Perwakilan Rakyat Indiana dalam pemilihan semula pada 2012. Laporan awal pada 14 Julai 2016 menunjukkan Pence mungkin akan diumumkan sebagai calon Naib Presiden Amerika Syarikat pada 15 Julai 2016. Pence berkata jika beliau akan menjadi calon Naib Presiden Amerika Syarikat, beliau akan menarik diri daripada pemilihan gabenor.