En 2010, elle se présente à la Chambre des représentants des États-Unis dans le 6e district du Tennessee. Même si le représentant sortant Bart Gordon — qui ne se représente pas — est démocrate, les républicains sont presque assurés de récupérer ce district conservateur du centre du Tennessee[4]. Diane Black remporte la primaire républicaine de justesse avec 32 % des voix, devant Lou Ann Zelenik (30 %) et le sénateur d'État Jim Tracy (30 %)[5]. Elle est élue représentante avec 67,3 % des suffrages face au démocrate Brett Carter (29,4 %)[6].
Elle affronte à nouveau Zelenik dans la primaire républicaine de 2012, qu'elle remporte facilement[7]. Sans opposant démocrate lors de l'élection générale, elle est réélue avec 76,4 % des voix. Deux ans plus tard, elle est reconduite pour un troisième mandat par 71,1 % des électeurs[6].
En 2016, elle affronte Joe Carr dans la primaire républicaine. Carr la dépeint comme une membre de l'« establishment de Washington » et la primaire s'annonce serrée. Durant la campagne, elle dépense dix fois plus d'argent que son opposant et remporte facilement la primaire avec 64 % des voix[8]. Réélue pour un quatrième mandat, elle devient en février 2017 la première femme à présider la commission du budget de la Chambre des représentants[9].
Au mois d'août 2017, Black annonce sa candidature au poste de gouverneur du Tennessee, pour l'élection de 2018. Connue à travers le Tennessee et disposant de larges ressources financières, elle est alors considérée comme la favorite du camp républicain[9]. Elle reçoit le soutien du vice-président Mike Pence. Cependant, la campagne est marquée par de nombreuses attaques entre Black et l'ancien commissaire au développement économique Randy Boyd, qui permettent à l'homme d'affaires Bill Lee de prendre la tête des sondages à quelques jours des primaires[10]. Black se classe finalement en troisième position avec 23 % des voix, derrière Lee (37 %) et Boyd (24 %)[11].
Son mandat de représentante s'achève le . Le républicain John Rose lui succède.