Zhao opnåede yderligere succes med "Nomadland" (2020), som tiltrak international anerkendelse og vandt mange priser, herunder Golden Lion på filmfestivalen i Venedig, People's Choice Award på Toronto International Film Festival og adskillige priser for bedste film. Zhao vandt priser for at instruere på
Academy Awards, Directors Guild of America Awards, Golden Globe Awards og British Academy Film Awards; på hver krop var hun den anden kvinde til at vinde. Med fire Oscar-nomineringer for filmen vandt Zhao både bedste film og bedste instruktør, og blev den anden kvinde i historien til at vinde sidstnævnte efter Kathryn Bigelow i 2010, og den første farvede kvinde til at vinde kategorien. Hun blev også den sjette kvinde til at vinde flere Academy Awards i samme år, efter Edith Head, Catherine Martin, Fran Walsh, Kathryn Bigelow og Frances McDormand. Filmen har ikke fået en biografudgivelse i Kina, med spekulationer om, at det var på grund af hendes tidligere kommentarer om nationen, og nyheder om hendes bedste instruktør-vinding ved Academy Awards blev også censureret.