Whig-partiet kom i en nedgångsperiod och Dayton gick med i ett nytt parti, republikanerna. Republikanernas första presidentkandidat någonsin var John C. Frémont i presidentvalet 1856. Dayton besegrade Abraham Lincoln i omröstningen om vicepresidentkandidat på republikanernas konvent i Philadelphia. Frémont och Dayton förlorade presidentvalet mot demokraterna James Buchanan och John Cabell Breckinridge. Dayton tjänstgjorde sedan som delstatens justitieminister (New Jersey Attorney General) 1857-1861.
Republikanernas kandidat Abraham Lincoln vann sedan presidentvalet i USA 1860. President Lincoln utnämnde 1861 Dayton till USA:s minister i Paris. Han avled i ämbetet i Frankrike några månader innan Lincoln mördades i Washington, D.C.
