Rouhani memenangkan kemenangan besar. Mengambil lebih dari 50 persen suara dalam pemilihan 14 Juni 2013 dan menghindari putaran kedua.
Setelah pelantikannya pada bulan Agustus, dia meluncurkan kampanye diplomatik untuk meningkatkan keterlibatan Iran dengan Barat.
Dalam pidatonya di Majelis Umum PBB pada bulan September, Rouhani mengkritik sanksi internasional terhadap Iran, tetapi menekankan kesediaan negaranya untuk mencari kompromi atas program nuklir Iran.
Tawaran damainya menyebabkan panggilan telepon dengan Presiden Barack Obama pada akhir September. Ini jadi percakapan langsung pertama antara AS dan pemimpin Iran sejak 1979.
Janji Rouhani untuk memulai kembali dialog internasional mengenai kegiatan nuklir Iran dipenuhi pada awal November dengan pembukaan pembicaraan antara Iran dan kelompok yang terdiri dari AS, China, Rusia, Prancis, Jerman, dan Inggris (dikenal secara kolektif sebagai P5+1).
Kesepakatan sementara pun dicapai dan meringankan sanksi terhadap Iran dan menempatkan berbagai pembatasan pada program nuklir.
Kesepakatan akhir, yang dikenal sebagaiRencana Aksi Komprehensif Bersama (JCPOA), dicapai pada Juli 2015.
Ini mengharuskan Iran mengurangi cadangan nuklirnya dan mengizinkan inspeksi fasilitas nuklirnya sebagai imbalan pengurangan sanksi secara bertahap.
Pada Januari 2016, inspektur PBB menyatakan bahwa Iran telah membuat kemajuan yang memuaskan dalam mencapai tujuannya berdasarkan perjanjian nuklir.
Hal ini memicu pencabutan sanksi internasional. Reintegrasi ekonomi Iran, khususnya sektor minyak dan keuangan.
Pertumbuhan PDB meningkat tajam dan inflasi turun di bawah 10 persen untuk pertama kalinya sejak 1990-an.
Rouhani memenangkan masa jabatan kedua sebagai presiden dengan telak pada Mei 2017, memenangkan 57 persen suara berbanding 38 persen untuk pesaing terdekatnya, ulama konservatif Ebrahim Raisi.
Baca juga: Hezbollah Sebut Presiden Terpilih Iran Ebrahim Raisi sebagai Pelindung
Pada Mei 2018, Presiden Donald Trump mengumumkan penarikan AS dari perjanjian nuklir dan sanksi itu akan diterapkan kembali.
Rouhani mulai mengambil garis yang lebih keras, dan Iran menunjukkan latihan militer, uji coba rudal balistik, sampai peluncuran satelit.
Langkah-langkah ini disambut dengan ketidaksetujuan dari beberapa penandatangan lainnya, yang memperingatkan bahwa kegiatan seperti itu akan menyebarkan ketidakpercayaan dan merusak kesepakatan.