Bush rõhutas isiklike suhete loomist Venemaa presidendi Vladimir Putiniga, et tagada harmoonilised suhted USA ja Venemaa vahel. Pärast kohtumist Putiniga 2001. aasta juunis väljendasid mõlemad presidendid optimismi kahe endise külma sõja rivaalide vahelise koostöö osas. Pärast 11. septembri rünnakuid lubas Putin USA-l kasutada Venemaa õhuruumi ja Putin julgustas Kesk-Aasia riike andma USA-le baasiõigusi. 2002. aasta mais allkirjastasid USA ja Venemaa strateegilise rünnaku vähendamise lepingu
, mille eesmärk oli oluliselt vähendada mõlemate riikide tuumavarusid. Bushi ja Putini suhted jahtusid Bushi teisel ametiajal, kuna Bush hakkas üha kriitilisemaks Putini poolt Venemaa poliitiliste vastaste allasurumine, ja need langesid uuele madalale tasemele pärast 2008. aasta Venemaa-Georgia sõja puhkemist.