В 1999 году назначен заместителем руководителя аппарата правительства Российской Федерации Дмитрия Козака. В 1999–2000 годах – заместитель руководителя администрации президента Российской Федерации; возглавлял предвыборный штаб В.В. Путина. В 2000–2001 годах – председатель Совета директоров ОАО «Газпром», в 2001 году – заместитель председателя Совета директоров ОАО «Газпром», с июня 2002 года – председатель Совета директоров ОАО «Газпром».
Д.А. Медведев и В.В. Путин
В 2000–2003 годах – первый заместитель руководителя администрации президента Российской Федерации. С октября 2003 года по ноябрь 2005 года – руководитель администрации президента РФ. 14 ноября 2005 года назначен первым заместителем председателя правительства РФ.
В 2008 году Дмитрий Анатольевич Медведев был избран президентом РФ.