Nach drei Amtsperioden als Gouverneur in Kalifornien wurde Warren 1948 der republikanische Vizepräsidentschafts-Kandidat. Dann kam der Wendepunkt in Warrens Leben: US-Präsident Dwight D. Eisenhower ernannte ihn 1953 zum
Aus dem Fall Miranda v. Arizona entstand die Regelung, die die Polizei anwies, Verdächtigen bei der Festnahme ihre Bürgerrechte zu erklären. Diese Regelung stieß bei Polizeibeamten, Staatsanwaltschaften, den Justizministern der Bundesstaaten und FBI- Chef J. Edgar Hoover auf Empörung. Der sogenannte „juristische Aktivismus“ des „Warren-Gerichts“ wurde von konservativen Kreisen heftig angeprangert.
Gleich nach der Ermordung von John F. Kennedy ernannte der neue Präsident, Lyndon B. Johnson, Warren zum Leiter einer Sonderkommission (die „Warren-Kommission“), die die Fakten des Attentats sammeln und ermitteln sollte. Schließlich beschloss die Kommission, dass nur der mutmaßliche Attentäter, Lee Harvey Oswald, verantwortlich war. Diese Schlussfolgerung hieß „die Theorie eines einzelnen Schützen“ („the lone gunman theory“). Viele Kritiker blieben skeptisch, denn es gab in dem Bericht der Kommission mehrere Widersprüche, und heute glauben viele Menschen noch an verschiedene Verschwörungstheorien. Unter anderem argumentiert man, es wäre für Oswald unmöglich gewesen, drei Schüsse so schnell nacheinander abzufeuern. Trotz allem blieb Warren fest.
1969 ging Warren in den Ruhestand, obwohl alle Richter des Obersten Gerichtshofs lebenslang amtieren dürfen. Seine Kollegen schätzten ihn als den „Superchef“, obwohl er die Zielscheibe vieler Konservativer war. Zu dieser Zeit gab es in den südlichen Bundesstaaten zahllose Plakate mit der Devise: „Impeach Earl Warren!“ („Enthebt Earl Warren des Amtes!“)
Warren starb 1974 in Washington D. C. und wurde auf dem Nationalfriedhof Arlington beigesetzt.