WisconsinEdit
In zijn eerste seizoen als hoofdcoach van de Wisconsin Badgers in 2006 eindigde de ploeg van Bielema het reguliere seizoen met 11-1 (7-1 in Big Ten Conference play). Met een 14-0 overwinning op San Diego State op 16 september 2006, werd Bielema de derde hoofdcoach van Wisconsin die de eerste drie wedstrijden van zijn loopbaan won. Later, met een 24-3 overwinning op Purdue op 21 oktober, verbrak Bielema het record voor de meeste overwinningen door een eerstejaars coach bij UW met zeven. De andere twee coaches die deze prestatie leverden waren Philip King in 1896 en William Juneau in 1912. Met een 30-24 overwinning op de Fighting Illini op 28 oktober werd Bielema de eerste coach in de geschiedenis van Wisconsin die acht wedstrijden won in zijn eerste seizoen. Hij breidde het record daarna uit met zijn negende overwinning op 4 november, toen hij de Penn State Nittany Lions versloeg met 13-3. Met een 24-21 overwinning op de Iowa Hawkeyes op 11 november werd Bielema de eerste hoofdcoach in de geschiedenis van de Big Ten die tien wedstrijden won in zijn eerste seizoen. Met de 35-3 nederlaag van de University at Buffalo op 18 november 2006 werd Bielema de eerste coach in de geschiedenis van UW die 11 wedstrijden in het reguliere seizoen won. Na een 17-14 overwinning op de Arkansas Razorbacks in de Capital One Bowl op 1 januari 2007, werd hij de derde coach in de geschiedenis van de NCAA die 12 wedstrijden won in zijn eerste seizoen, hij eindigde 12-1.
Bielema coachte Wisconsin naar overwinningen in 17 van zijn eerste 18 wedstrijden. Dat is de op twee na beste start van een carrière als hoofdcoach in de geschiedenis van de Big Ten. Michigan’s Fielding H. Yost, die 55-0-1 werd van 1901 tot 1905, en Ohio State’s Urban Meyer, die 24 wedstrijden op rij won om zijn Big Ten carrière te beginnen, hadden betere starts. In tegenstelling tot Bielema, hadden Yost en Meyer beiden een gevestigde hoofdcoach CV voorafgaand aan hun Big Ten ambtstermijn.
Op 16 oktober 2010 versloegen Bielema’s Badgers het als nummer 1 geplaatste Ohio State, 31-18, in Madison. Het was Wisconsin’s eerste overwinning op een nummer 1 team sinds 1981 toen de Badgers Michigan versloegen. De overwinning tegen de Buckeyes zou zijn enige zijn, want hij was 1-5 tegen Ohio State.
Bielema is de enige coach in de geschiedenis van Wisconsin die opeenvolgende Rose Bowls verloor.
Bielema werd genoemd als finalist voor de 2010 Bear Bryant Award die wordt uitgereikt aan college football’s Coach van het Jaar. De andere finalisten waren Chris Ault van Nevada, Gene Chizik van Auburn, Mark Dantonio van Michigan State, Jim Harbaugh van Stanford, Chip Kelly van Oregon, Gary Patterson van TCU, Bobby Petrino van Arkansas, en Mike Sherman van Texas A&M. De award werd toegekend aan Chizik.
ArkansasEdit
Op 4 december 2012 werd bekend dat Bielema Wisconsin zou verlaten om hoofdcoach te worden van de Arkansas Razorbacks. Hij vertrok deels om te coachen in de Southeastern Conference en deels omdat hij vond dat zijn assistent coaches niet genoeg betaald werden. Bielema verving John L. Smith, die Arkansas had gecoacht naar een 4-8 record tijdens het seizoen 2012 nadat Bobby Petrino acht maanden eerder was ontslagen.
Bielema’s eerste seizoen bij Arkansas resulteerde in een algemeen record van 3-9, waaronder 0-8 in de Southeastern Conference. Bielema erfde een uitgedund roster en een gebrek aan ontwikkeling onder de slecht presterende Coach Smith. Bielema’s startende quarterback leed ook aan een schouderblessure, die hem het hele seizoen in zijn mogelijkheden beperkte. Het was het slechtste SEC record van de Razorbacks sinds hun toetreding tot de Conference in 1992 en hun eerste seizoen zonder overwinning in de Conference sinds 1942, toen ze nog lid waren van de Southwest Conference.
Bielema’s tweede seizoen liet een aanzienlijke verbetering zien, Arkansas eindigde op 7-6. Bielema won zijn eerste twee SEC wedstrijden op dominante wijze in november, door #17 LSU te verslaan met een score van 17-0 en #8 Ole Miss met een score van 30-0 om bowl eligibility te bereiken. Hoewel Arkansas de resterende conference wedstrijd tegen Missouri verloor, waren de Razorbacks nog steeds het eerste niet geplaatste team in de geschiedenis van college football dat twee opeenvolgende geplaatste tegenstanders uitschakelde. Bielema leidde Arkansas naar een overwinning in de Texas Bowl in het naseizoen, waarin Texas met 31-7 werd verslagen.
In Bielema’s derde seizoen leed het team het verlies van de teruggekeerde 1.190-yard running back Jonathan Williams vóór het seizoen. Met het inwerken van een nieuwe offensieve coördinator en het verlies van drie verdedigers uit de NFL, kenden de Razorbacks een trage start. Ze verloren van Toledo en Texas Tech in de non-conference en begonnen 2-4. Bielema raakte daarna in vuur en vlam in de tweede helft van het seizoen en ging met 5-1 de laatste zes wedstrijden in, waarbij hij de wedstrijd tegen Mississippi State verloor op een gemist velddoelpunt. Bielema sloot het jaar af door een van zijn voormalige mentoren, Bill Snyder, te verslaan in de AutoZone Liberty Bowl, toen Arkansas Kansas State versloeg, 45-23, om het seizoen af te sluiten met een record van 8-5.
Bielema’s vierde seizoen was een topsy-turvy campagne die eindigde met twee beschamende nederlagen in de handen van Missouri in de reguliere seizoensfinale en Virginia Tech in de 2016 Belk Bowl. De eerste zag zijn team een 17-punts halftime voorsprong verknoeien en de laatste was een 24-punts verknipte halftime voorsprong, dat was de grootste voor Arkansas sinds ten minste 1952. Door Missouri te verslaan zou Bret Bielema zijn record van het reguliere seizoen elk jaar bij Arkansas hebben verbeterd. De verliezen leidden tot de vervanging van defensieve coördinator Robb Smith door voormalig Iowa State hoofdcoach Paul Rhoads, en andere wijzigingen in de staf die wijzen op een verandering naar een 3-4 defensief schema.
Bielema was de best betaalde staatswerknemer in Arkansas met een salaris gerapporteerd op $ 4.200.000.
Op 24 november 2017 werd Bielema ontslagen na vijf seizoenen als Arkansas’s hoofdcoach na een 48-45 verlies thuis tegen de Missouri Tigers. De Razorbacks leidden tweemaal met 14, maar verspeelden beide leads. Na de wedstrijd vertelde Bielema aan verslaggevers dat hem verteld was dat hij ontslagen werd terwijl hij van het veld kwam. Volgens Bruce Feldman van Fox Sports beslisten de schoolverantwoordelijken om het ontslag na de wedstrijd aan te kondigen zodat hij de kans had om het team nog een laatste keer toe te spreken voor ze naar huis gingen voor Thanksgiving. Het alternatief zou zijn geweest het leren van het ontslag via sociale media of een groeps-sms.
New England PatriotsEdit
Voor het 2018 NFL-seizoen werd Bielema ingehuurd door de New England Patriots als een defensieve consultant van hoofdcoach Bill Belichick. Bielema werd voorafgaand aan het seizoen 2019 gepromoveerd tot defensive line coach.
New York GiantsEdit
Op 21 januari 2020 huurden de Giants Bielema in als hun outside linebackers coach en senior assistent.
IllinoisEdit
Op 19 december 2020 werd aangekondigd dat Bielema de hoofdcoach zou worden van de University of Illinois at Urbana-Champaign, als opvolger van Lovie Smith.