Responsabilidad inesperada
Feinstein decidió entonces hacer el anuncio de que su carrera política había terminado. Sin embargo, media hora antes de la rueda de prensa del 27 de noviembre de 1978, en la que pensaba hacer pública su decisión, un ex supervisor, Dan White, disparó mortalmente al alcalde George Moscone (1929-1978) y al supervisor Harvey Milk (1930-1978). Estos asesinatos obligaron a Feinstein a ocupar el puesto de alcaldesa en funciones. Un mes después fue elegida para cumplir el resto del mandato de Moscone. Como alcaldesa, Feinstein intentó calmar el malestar político y la violencia, equilibrar las demandas de los diferentes grupos y ayudar a la ciudad a recuperarse de los trágicos acontecimientos que la habían llevado al cargo.
Feinstein fue elegida para un mandato completo de cuatro años como alcaldesa a partir de 1979. Durante sus primeros años en el cargo trató de complacer a todos los diferentes grupos de la comunidad de San Francisco. Se interesó por el personal y las políticas de la policía y consiguió reducir los índices de criminalidad. El mayor reto al que se enfrentó fue el fiscal (relacionado con el dinero): el problema de equilibrar el presupuesto ante los recortes del gasto estatal y federal para las ciudades. Aprovechando los conocimientos de los poderosos líderes empresariales y sindicales de su Comité de Asesoramiento Fiscal, controló el presupuesto de la ciudad, introdujo mejores políticas de gestión y promovió el desarrollo y la expansión del centro de la ciudad. Feinstein era una alcaldesa pintoresca y enérgica. Una vez apareció en una ceremonia de inauguración de un proyecto de construcción vestida con un anticuado traje de baño de lana negra hasta la rodilla, que se puso después de perder una apuesta con el contratista. En una cena en la que era invitada de honor, aplicó la maniobra de Heimlich para salvar a un invitado de atragantarse con un trozo de carne.
Aunque su carrera como alcaldesa estuvo marcada por muchos éxitos, Feinstein tropezó ocasionalmente. Cuando impulsó una ley que prohibía las armas de fuego, algunos votantes intentaron una revocación (un proceso en el que la gente vota para destituir a un funcionario elegido). Muchos miembros de la comunidad también se enfadaron por su veto (rechazo) a una medida que habría ampliado las prestaciones médicas y de bienestar social a las parejas del mismo sexo y a los acompañantes de los empleados municipales no casados. Aunque el movimiento de destitución reunió muchas firmas, la alcaldesa Feinstein sobrevivió al desafío al recibir un 83% de votos favorables en abril de 1983. En las elecciones de noviembre de 1983 ganó su segundo y último mandato completo (según una norma de la ciudad, los alcaldes están limitados a dos mandatos). En 1984, San Francisco acogió la Convención Nacional Demócrata, que muchos de los partidarios de la alcaldesa esperaban que pudiera conducir a su nominación para la vicepresidencia, pero no fue elegida.