Zhao saavutti lisää menestystä elokuvalla "Nomadland" (2020), joka sai kansainvälistä tunnustusta ja voitti monia palkintoja, kuten kultaisen leijonan Venetsian elokuvafestivaalilla, People's Choice -palkinnon Toronton kansainvälisellä elokuvafestivaalilla ja lukuisia parhaan elokuvan palkintoja. Zhao voitti Oscar-palkinnon ohjauksesta.
, Directors Guild of America -palkinto, Golden Globe -palkinto ja British Academy -elokuvapalkinto; jokaisessa elimessä hän oli toinen nainen voittaessaan. Zhao sai neljä Oscar-ehdokkuutta elokuvalle ja voitti sekä parhaan elokuvan että parhaan ohjaajan. Hänestä tuli historian toinen nainen, joka voitti jälkimmäisen Kathryn Bigelow'n jälkeen vuonna 2010, ja ensimmäinen värillinen nainen, joka voitti kategorian. Hänestä tuli myös kuudes nainen, joka voitti useita Oscar-palkintoja samana vuonna Edith Headin, Catherine Martinin, Fran Walshin, Kathryn Bigelow'n ja Frances McDormandin jälkeen. Elokuvaa ei ole julkaistu elokuvateattereissa Kiinassa, ja spekuloidaan, että se johtui hänen aiemmista kommentteistaan kansakunnasta, ja uutisia hänen parhaan ohjaajan voitostaan Oscar-palkinnoissa myös sensuroitiin.