Karin Roth ist bei der Bundestagswahl am 27. September 2009 erneut über die SPD-Landesliste Baden-Württemberg in das Parlament eingezogen. Bei den Erststimmen erreichte sie 28,58 %, bei den Zweitstimmen 20,79 %.

Karin Roth sagte am Wahlabend: „Das ist eine schwere Stunde für uns im Kreis und im ganzen Land. Wir haben gekämpft, das Kurzarbeitergeld verlängert, an Reformen festgehalten. Die Menschen haben es uns nicht gedankt - nicht im Kreis und nicht im Land. Die Politik im Land wird nun eine andere. Ich bin nicht mehr Staatssekretärin - das werden die Wähler im Kreis Esslingen merken. Menschen entscheiden nicht immer rational. Nun geht es darum, aus diesem Wahlergebnis zu lernen. Die Traurigkeit und Enttäuschung ist groß, aber wir lassen uns nicht entmutigen. Wir dürfen den Kopf nicht hängen lassen, sondern müssen auf unsere Ideen vertrauen.“

Dem 17. Deutschen Bundestag werden 622 Abgeordnete angehören, das sind elf mehr als bisher. Stärkste Fraktion ist die CDU/CSU mit 239 Sitzen, davon 24 Überhangmandaten, vor der SPD mit 146 Sitzen, der FDP mit 93 Sitzen, der Linken mit 76 Sitzen und Bündnis 90/Die Grünen mit 68 Sitzen.