С 12 июня 1991 года, после избрания А. А. Собчака на пост мэра города Лениград Путин занимает пост председателя комитета по внешним связям мэрии Ленинграда. В круг обязанностей Путина на посту руководителя комитета входили вопросы привлечения инвестиций в Петербург, сотрудничества с иностранными компаниями, организации совместных предприятий, а также развитие туризма и контроль над игорным бизнесом. Путин был куратором организации первой валютной биржи в Санкт-Петербурге и способствовал приходу в город нескольких крупных немецких фирм. При участии Путина был открыт один из первых банков с зарубежным капиталом в России – BNP-Drezdner Bank (Rossija). Путин являлся одним из организаторов российско-американских «Игр доброй воли», тогда же он познакомился с крупным американским бизнесменом в сфере средств массовой информации Тедом Тёрнером. Начиная с этого времени, американские спецслужбы начали собирать информацию о Путине.
20 августа 1991 года, во время выступления ГКЧП, подполковник Путин написал рапорт об увольнении из КГБ.
В марте 1994 года Путин был назначен первым заместителем председателя правительства Санкт-Петербурга, сохранив за собой должность руководителя комитета по внешним связям. В обязанности Путина как зампреда петербургского правительства входили координация работы и взаимодействие мэрии с территориальными органами силовых и правоохранительных ведомств, а также политическими и общественными организациями. В ведении Путина находились регистрационная палата, а также управления мэрии: юстиции, по связям с общественностью, административных органов, гостиниц.
Помимо комитета по внешним связям, Путин руководил комиссией мэрии по оперативным вопросам. В 1992–1996 годах Путин в числе «реформистски настроенных политических активистов» проходил тренинг по программе американского Национального демократического института международных отношений (National Democratic Institute for International Affairs, NDI).
В 1992 году депутатской рабочей группой Ленсовета во главе с Мариной Салье и Юрием Гладковым (так называемой «комиссией Салье») против Путина как руководителя комитета по внешнеэкономическим связям было выдвинуто обвинение в махинациях в связи с программой снабжения Санкт-Петербурга продовольствием в обмен на сырьё. Данное обвинение не было подтверждено в суде. По мнению Путина, этот скандал часть депутатов Ленсовета пыталась использовать для давления на мэра Собчака.
В 1997 году защитил диссертацию на соискание учёной степени кандидата экономических наук по теме «Стратегическое планирование воспроизводства минерально-сырьевой базы региона в условиях формирования рыночных отношений (Санкт-Петербург и Ленинградская область)» в Санкт-Петербургском государственном горном институте. В своей диссертации высказал идею о национальных чемпионах.
С августа 1996 года, после поражения Анатолия Собчака на губернаторских выборах, приглашён на работу в Москву в должности заместителя управляющего делами Президента Российской Федерации Павла Бородина. Здесь Путин курировал юридическое управление и управление российской загрансобственностью.
26 марта 1997 года назначен заместителем руководителя администрации президента России – начальником Главного контрольного управления президента Российской Федерации.
25 мая 1998 года назначен первым заместителем руководителя администрации президента Российской Федерации, ответственным за работу с регионами.
С 25 июля 1998 года – директор Федеральной службы безопасности Российской Федерации. Своими заместителями Путин назначил генералов Николая Патрушева, Виктора Черкесова и Сергея Иванова, с которыми был знаком по работе в КГБ и в Санкт-Петербурге. Осенью 1998 года Путин провёл реорганизацию в ФСБ. За время нахождения на посту главы ФСБ, упразднил управления ФСБ по экономической контрразведке и по контрразведывательному обеспечению стратегических объектов, создал вместо них шесть новых управлений ФСБ. Воинское звание полковник было присвоено на должности директора ФСБ РФ. Перед назначением на должность директора ФСБ президент Ельцин предлагал Путину повысить его в звании до генерал-майора, однако Путин отказался, предложив стать первым гражданским директором ФСБ.
С 26 марта 1999 года Путин был назначен секретарём Совета безопасности Российской Федерации, сохранив за собой пост директора ФСБ России.
9 августа 1999 года был назначен первым заместителем и исполняющим обязанности председателя правительства Российской Федерации. В тот же день в своём телеобращении президент России Ельцин назвал его своим преемником. 16 августа 1999 года был утверждён в должности председателя Правительства 233 голосами депутатов Государственной думы (84 против и 17 воздержались).