Rousseff, una exguerrillera de 66 años que fue encarcelada y torturada en la dictadura, obtuvo 51,48% de los votos frente a 48,52% de su rival socialdemócrata, con las urnas escrutadas al 98,29%.
Según el Tribunal Superior Electoral (TSE) Neves no tiene chances de revertir el resultado.
"Muchas gracias" por la reelección: "#Dilmais4", escribió Rousseff en su cuenta en Twitter.
Con el país dividido prácticamente en dos, la elección era considerada un plebiscito de los 12 años del gobernante Partido de los Trabajadores (PT, izquierda) en el poder.
Durante los ocho años de gobierno del expresidente Luiz Inacio Lula da Silva (2003-2010) y los cuatro de Rousseff, más de 40 millones de brasileños han salido de la pobreza e ingresado en la clase media gracias a subsidios para familias pobres, viviendas populares, enseñanza técnica gratuita y cuotas universitarias para negros y estudiantes de muy bajos ingresos.
Rousseff, de 66 años, fue sobre todo la opción de los electores del noreste del país, la zona más pobre que se benefició enormemente con estos programas.
Neves, un exgobernador y exsenador preferido por los mercados y con fama de playboy, que prometía frenar la corrupción y dar un giro liberal a la economía para que el país vuelva a crecer, conquistó los votos de las clases media y alta del sur que reclamaban un cambio, menos intervención del gobierno en la economía y el fin de la corrupción. Pero no le alcanzó para vencer.
Tras un crecimiento espectacular de 7,5% en 2010, durante el primer mandato de Rousseff la séptima economía mundial ha registrado un magro crecimiento y hasta se frenó en el primer semestre de 2014. A esto se suma una elevada inflación (6,75% en 12 meses, por encima del techo de la meta oficial), aunque el desempleo aún se mantiene muy bajo, en 4,9%.