Zhao memperoleh kesuksesan lebih lanjut dengan "Nomadland" (2020), yang menarik pengakuan internasional dan memenangkan banyak penghargaan, termasuk Golden Lion di Festival Film Venesia, People's Choice Award di Festival Film Internasional Toronto, dan banyak penghargaan Film Terbaik. Zhao memenangkan penghargaan untuk mengarahkan di Academy Awards
, Directors Guild of America Awards, Golden Globe Awards, dan British Academy Film Awards; di masing-masing badan, dia adalah wanita kedua yang memenangkannya. Mendapatkan empat nominasi Academy Award untuk film ini, Zhao memenangkan baik Film Terbaik dan Sutradara Terbaik, menjadi wanita kedua dalam sejarah untuk memenangkan yang terakhir setelah Kathryn Bigelow pada tahun 2010, dan wanita pertama dari warna untuk memenangkan kategori. Dia juga menjadi wanita keenam yang memenangkan beberapa Academy Awards pada tahun yang sama, setelah Edith Head, Catherine Martin, Fran Walsh, Kathryn Bigelow dan Frances McDormand. Film ini belum mendapatkan rilis bioskop di Cina, dengan spekulasi bahwa itu karena komentarnya di masa lalu tentang negara itu, dan berita tentang kemenangan Sutradara Terbaiknya di Academy Awards juga disensor.