Rivalen Aécio Neves endte opp med 48,55 av stemmene. De første resultatene viste en knapp ledelse til Rousseff, men presidenten økte sakte, men sikkert ledelsen.
Etter at mer enn 95 prosent av stemmene var telt opp hadde Rousseff fått 50,99 prosents oppslutning, mens Neves fikk 49,01 prosent. Rousseff, som tilhører Arbeiderpartiet (PT), går med seieren inn i sin andre periode som landets president.
– Tusen takk! skrev hun på sin offisielle Twitter-profil etter seieren.
Rousseff er svært populær hos blant andre fattige brasilianere for velferdsordningene hun har innført. Den mer høyreorienterte kandidaten Aécio Neves i Sosialdemokratene (PSDB), har hatt stor støtte blant mange i næringslivet, som hadde håpet på at han kunne sette fart på landets økonomi.
– Jeg skal bli en bedre president
Etter at valgseieren var et faktum, sa Brasils president Dilma Rousseff i sin tale til tilhengere at hun vil jobbe for økonomisk vekst og bekjempe inflasjon.
– Jeg ber folket om å stå sammen for Brasils framtid, sa Rousseff til en høylytt gruppe mennesker i hovedstaden Brasília.
– Jeg vil bli en mye bedre president enn det jeg har vært til hittil, sa hun.
Mange brasilianere er misfornøyde med at den økonomiske veksten er lav og inflasjonen høy. Mange i næringslivet hadde stor tro på at presidentkandidaten Aécio Neves kunne sette fart på landets svekkede økonomi, men Neves tapte altså valget knepent for Rousseff.