Pope enfrentou um ex-ministro do governo português que buscava um segundo mandato. Entretanto, Vitorino retirou a candidatura após o primeiro turno de votação secreta, em que foi amplamente derrotado por sua rival.
Vitorino obteve 67 votos na primeira votação, na qual 165 dos 175 membros da OIM participaram com voto secreto.
A americana conseguiu 98 votos, 12 a menos dos 110 necessários para atingir a maioria de dois terços, e será a primeira mulher a liderar a organização.
Pope ocupava o cargo de vice-coordenadora de Gestão e Reforma da OIM e assume suas funções em 1º de outubro, detalhou a organização em comunicado.
A campanha para o cargo provocou uma divisão entre Washington, cujos candidatos tradicionalmente comandavam a agência, e seus aliados europeus, tensões que ela agora terá que amenizar.
"Parece ter causado uma consternação diplomática", disse a professora associada da Universidade McGill em Montreal e especialista da OIM, Megan Bradley, à AFP.
Normalmente, os chefes das agências da ONU que desejam um segundo mandato são reeleitos sem oposição.
"Todos os meus antecessores por 70 anos tiveram dois mandatos, não vejo por que um primeiro mandato bem-sucedido não seria seguido por outro", declarou em março Vitorino, de 66 anos, o segundo diretor da OIM não americano da história e eleito em 2018.
Mas Pope, de 49 anos, parece ter convencido alguns países com sua nova visão, focada no impacto da mudança climática na migração.
"Ainda estamos presos às velhas formas de encarar a migração", disse ela à AFP em março.
A OIM, que foi incorporada às Nações Unidas há apenas sete anos, foi fundada em 1951 para gerenciar os deslocados na Europa após a Segunda Guerra Mundial.
As eleições aconteceram em um contexto crítico de aumento do número de migrantes no mundo - 281 milhões, segundo uma estimativa de 2020.