2007 की गर्मियों में कई रूढ़िवादी टीकाकारों ने पॉलिन से मुलाकात की। उनमें से कुछ, जैसे - बिल क्रिस्टल, ने बाद में मैककेन से पॉलिन को अपने उप-राष्ट्रपति के साथी उम्मीदवार के रूप में चुनने का आग्रह किया और तर्क दिया कि टिकट पर उनकी उपस्थिति रिपब्लिकन पार्टी के धार्मिक दक्षिण पंथी में उत्साह की वृद्धि करेगी, जबकि राष्ट्रीय परिदृश्य पर एक अज्ञात उम्मीदवार के रूप में उनकी स्थिति एक सकारात्मक कारक भी होगा। 

24 अगस्त 2008 को एक आम रणनीति बैठक के दौरान स्टीव श्मिट और मैककेन अभियान के कुछ अन्य वरिष्ठ सलाहकारों ने सर्वसम्मति के साथ पॉलिन को लक्ष्य करके संभावित उप-राष्ट्रपति के चुनाव पर चर्चा की। अगले दिन, रणनीतिकारों ने मैककेन के समक्ष अपने निष्कर्षों को सलाह के रूप में प्रस्तुत किया और उन्होंने व्यक्तिगत रूप से पॉलिन को बुलाया जो उस वक़्त अलास्का स्टेट फेयर (अलास्का राज्य मेला) में उपस्थित थी।

27 अगस्त को वह (पॉलिन) एरिज़ोना के सेडोना के निकट मैककेन के अवकाश गृह पर पहुंची जहां उन्हें उपराष्ट्रपति के उम्मीदवार के पद की पेशकश की गई। मैककेन की एक प्रवक्ता, जिल हैज़ेलबेकर के अनुसार, फरवरी 2008 में वॉशिंगटन नैशनल गवर्नर्स एसोसिएशन (राष्ट्रीय महापौर संघ) की बैठक में पॉलिन से वह पहले ही मिल चुके थे और वहां से "आसाधारण रूप से प्रभावित" होकर निकले थे।" पॉलिन ही एकमात्र भावी साथी उम्मीदवार थी जिन्होंने उस सप्ताह टिकट से जुड़ने के सम्बन्ध में चर्चा करने के लिए मैककेन से आमने-सामने साक्षात्कार किया था। बहरहाल, पॉलिन का चयन कईयों के लिए आश्चर्य की बात थी क्योंकि अटकलें अन्य उम्मीदवारों पर केन्द्रित थीं, जैसे - मिनेसोटा गवर्नर टिम पावलेंटी, लुइसियाना गवर्नर बॉबी जिंडाल, पूर्व मैसाचुसेट्स गवर्नर मिट रोमनी, कनेक्टिकट का अमेरिकी सीनेटर जो लीबरमैन और पूर्व पेंसिल्वेनिया गवर्नर टॉम रिज. 29 अगस्त को ओहियो के डेटन में मैककेन ने घोषणा की कि अपने साथी उम्मीदवार के रूप में उन्होंने पॉलिन का चयन किया था।

पॉलिन एक प्रमुख अमेरिकी पार्टी के टिकट के लिए खड़ी होने वाली पहली अलास्कन और दूसरी महिला है।

चूंकि मैककेन द्वारा उनके साथी उम्मीदवार के रूप में चुने जाने से पहले पॉलिन अलास्का के बाहर अधिक विख्यात नहीं थी, इसलिए उनके व्यक्तिगत जीवन, स्थिति और राजनीतिक रिकॉर्ड ने मीडिया का पूरा ध्यान आकर्षित किया। 1 सितम्बर 2008 को पॉलिन ने घोषणा की कि उनकी बेटी ब्रिस्टल गर्भवती थी और यह भी कि वह अपने अजन्मे बच्चे के पिता, लेवी से शादी करेगी. इस अवधि के दौरान, कुछ रिपब्लिकनों ने महसूस किया कि मीडिया पॉलिन पर अनुचित प्रहार कर रही थी। स्लेट (Slate) मैगज़ीन ने अनुमान लगाया कि पॉलिन की स्वीकृति भाषण की "बेतहाशा अतिप्रशंसा" की जाएगी और शायद ऐसे अटकलों का समापन हो जाएगा कि वह उपराष्ट्रपति के पद के लिए योग्य थी क्योंकि प्रेस ने "विभिन्न तुच्छ कमियों" के लिए उन्हें चोट पहुंचाई थी और उनके भाषण की उम्मीदों को कम कर दिया था। 3 सितम्बर 2008 को पॉलिन ने रिपब्लिकन नैशनल कन्वेंशन में 40 मिनट का एक स्वीकृति भाषण दिया जिसे 40 मिलियन से अधिक दर्शकों ने देखा और सराहा. कन्वेंशन के तुरंत बाद किए गए एक रासमुस्सेन चुनाव में पाया गया कि 51% अमेरिकियों को विश्वास था कि मीडिया नकारात्मक कवरेज की सहयता से पॉलिन को "चोट पहुंचाने की कोशिश" कर रही थी और 40% अमेरिकियों को विश्वास था कि पॉलिन प्रेसीडेंसी के लिए तैयार थी।
अभियान के दौरान, गवर्नर के पद की एक उम्मीदवार और उपराष्ट्रपति के पद की एक उम्मीदवार के रूप में पॉलिन के पदों के बीच कथित मतभेदों को लेकर विवाद खड़ा हो गया। मैककेन द्वारा पॉलिन को अपने साथी उम्मीदवार के रूप में घोषित करने के बाद "न्यूज़वीक (Newsweek)" और "टाइम (Time)" ने पॉलिन को अपने-अपने मैगज़ीन के कवर पेज पर स्थान दिया, मीडिया में से कुछ का आरोप था कि मैककेन के अभियान की वजह से प्रेस को पॉलिन तक पहुंचने में बाधाओं का सामना करना पड़ रहा था, उन्हें एक-एक करके केवल तीन साक्षात्कार ही प्राप्त हुए थे और उनके साथ प्रेस कॉन्फ्रेंस करने का कोई अवसर नहीं मिला था। एबीसी न्यूज़ (ABC News) के चार्ल्स गिब्सन के साथ पॉलिन के प्रथम प्रमुख साक्षात्कार की मिश्रित समीक्षा की गई। पांच दिन बाद फ़ॉक्स न्यूज़ (Fox News) के शॉन हैनीटी के साथ उनके साक्षात्कार में भी गिब्सन के साक्षात्कार के पूछे गए प्रश्नों में से अधिकांश उसी तरह की प्रश्नों पर प्रकाश डाला गया था। सीबीएस न्यूज़ (CBS News) के केटी कौरिक के साथ, अपने तीसरे साक्षात्कार में पॉलिन के प्रदर्शन की काफी आलोचना की गई थी; उनके मतदान की संख्या में गिरावट आ गई, रिपब्लिकनों ने चिंता व्यक्त की कि वह एक राजनीतिक दायित्व बनती जा रही थी और कुछ रूढ़िवादी टीकाकारों ने पॉलिन से राष्ट्रपति के टिकट से इस्तीफे की मांग की। अन्य रूढ़िवादी उत्कृष्टता के स्तंभकारों पर आरोप लगाते हुए पॉलिन के समर्थन में उत्साही बने रहे। इस साक्षात्कार के बाद मिट रोमनी और बिल क्रिस्टल सहित कुछ रिपब्लिकनों ने प्रेस के साथ आलेखरहित मुठभेड़ों से पॉलिन को शरण देने की मैककेन के अभियान की रणनीति पर सवाल उठाया.

पॉलिन कथित तौर पर सेंट लुईस स्थित वॉशिंगटन यूनिवर्सिटी में उपराष्ट्रपति पद के लिए मनोनीत डेमोक्रेटिक जो बिडेन के साथ 2 अक्टूबर को उपराष्ट्रपति के पद को लेकर होने वाले बहस के लिए पूरी तरह से तैयार थी। कुछ रिपब्लिकनों ने सुझाव दिया कि साक्षात्कारों में पॉलिन का प्रदर्शन उम्मीदों को कम करके उनके बहस के प्रदर्शन की सार्वजनिक धारणाओं में सुधार लाएगा. सीएनएन (CNN), फ़ॉक्स (Fox) और सीबीएस (CBS) द्वारा कराए गए मतदान में पाया गया कि जबकि पॉलिन ने अधिकांश मतदाताओं की उम्मीदों को पार कर दिया था, उन्होंने महसूस किया कि इस बहस में बिडेन की जीत हुई थी।
बहस की तैयारी के बाद अभियान की राह पर वापस कदम रखने के बाद पॉलिन ने अपना अगला प्रहार राष्ट्रपति पद के डेमोक्रेटिक उम्मीदवार, सीनेटर बराक ओबामा पर किया। धन जुगाड़ने के एक कार्यक्रम में पॉलिन ने अपनी नई आक्रामकता का परिचय दिया, उन्होंने कहा, "एक ऐसा भी समय आता है जब आपको अपने दस्ताने उतारने पड़ते हैं और वह समय अब आ चुका है।"

18 अक्टूबर को पॉलिन टीवी कार्यक्रम "सैटरडे नाइट लाइव" में उपस्थित हुई। उनकी उपस्थिति से पहले टीना फे ने कई बार उनकी नक़ल उतारी थी, जो उम्मीदवार के अपने शारीरिक सादृश्य के लिए विख्यात थी। चुनाव के पहले के सप्ताहों में पॉलिन यूट्यूब (YouTube) में प्रविष्ट किए गए शौकिया नक़ल की व्यक्ति-विषय भी थी।

इस बात की सूचना मिलने के बाद विवाद खड़ा हो गया कि रिपब्लिकन नैशनल कमिटी (आरएनसी (RNC)) ने सितम्बर 2008 में पॉलिन और उनके परिवार के कपड़ों, हेयर स्टाइलिंग (बालों को सजाने-संवारने) और मेकअप (श्रृंगार) पर अभियान के अनुदान में से $150,000 खर्च किया था। अभियान के प्रवक्ताओं ने अपने बयान में कहा कि चुनाव के बाद इन कपड़ों को दान कर दिया जाएगा. पॉलिन और कुछ मीडिया आउटलेट्स ने विवाद के लिए लैंगिक पक्षपात को दोषी ठहराया. अभियान के अंत में, पॉलिन ने आरएनसी (RNC) को कपड़े लौटा दिए। 

चुनाव 4 नवम्बर को हुआ और पूर्वी मानक समय के अनुसार 11 बजे रात को विजेता के रूप में ओबामा के नाम का अनुमान लगाया गया। अपने रियायत भाषण में मैककेन ने पॉलिन को धन्यवाद दिया और उन्हें "अब तक के सबसे अच्छे अभियानकर्ताओं में से एक कहा और उन्होंने हमेशा से हमारी महानतम शक्ति रहे सुधार और सिद्धांतों के लिए हमारी पार्टी में एक प्रभावशाली नई आवाज़ प्रदान की थी।" जिस समय सहयोगी मैककेन के भाषण के लिए दूर-अनुबोधक की तैयारी कर रहे थे, उस समय उन्हें बुश के भाषणलेखक मैथ्यू स्कली द्वारा पॉलिन के लिए लिखी गई एक रियायत भाषण मिली। मैककेन के कर्मियों में से दो सदस्यों - स्टीव श्मिट और मार्क साल्टर - ने पॉलिन को बताया कि साथी उम्मीदवारों द्वारा इलेक्शन नाइट के भाषणों की कोई परंपरा नहीं थी और यह भी कि वह भाषण नहीं देने वाली थी। पॉलिन ने मैककेन से विनती की, जो अपने कर्मियों से सहमत थे। 2008 के चुनाव में विभिन्न उम्मीदवारों के बारे में लिखी गई एक अत्यंत महत्वपूर्ण पुस्तक, "गेम चेंज", को 2010 में प्रकाशित किया गया जिसमें पॉलिन को बेखबर और मिजाज परिवर्तन के अधीन बताया गया था। पॉलिन की प्रवक्ताओं ने इस पुस्तक को गलत गपशप बताते हुए इसकी आलोचना की। 

परिवार और धर्म
2008 के उप-राष्ट्रपति का प्रचार-अभियान
अनुमोदन का दर्जा
ब्रिज टु नोह्वेयर (अर्थहीन पुल)