Lalu, Pemilu 2004 dia terpilih lagi menjadi Anggota DPR dari PDI-P, dia bertugas di Komisi XI dan Anggota BKSAP DPR RI (2004-2008) serta Wakil Ketua Tim Lumpur Sidoarjo DPR-RI (2006-2007). Bahkan menjabat Ketua Fraksi PDI Perjuangan DPR-RI (2004-2009).
Pada Pemilu 2009, terpilih kembali menjadi Anggota DPR (2009-2014) dan bertugas sebagai Ketua Fraksi PDI Perjuangan DPR-RI (2009-2014) sekaligus sebagai Anggota Komisi I dan Koordinator GKSB Indonesia-Jepang (2009-2010).
Mantan Ketua KNPI di tahun 1990-1993 ini sudah menjadi wakil rakyat pada usia 24 tahun. Alumni Golkar ini berada di Senayan enam periode sejak jaman Orde Baru. Lulusan Lemhanas ini loncat ke kandang PDI Perjuangan karena nge-fans terhadap pemikiran mantan Presiden Soekarno.
Dalam struktur organisasi, Tjahjo menjabat Ketua Badan Pemenangan Pemilu DPP PDI Perjuangan (2005-2009) dan Ketua DPP PDI Perjuangan Bidang Politik-Pemenangan Pemilu (2005-2010).
Menjelang Kongres III PDI Perjuangan (2010), Tjahjo pun kembali dipercaya menjadi Ketua OC. Pada Kongres III ini, Tjahjo Kumolopun dipilih Ketua Umum terpilih, Megawati Soekarnoputri, menjabat Sekjen PDI Perjuangan (2010-2015).
Keberhasilan Jokowi menjadi presiden ketujuh Republik Indonesia selain pengaruh besar Megawati juga peranan Tjahjo Kumolo. Maklum, priayang menjadi Sekjen PDIP periode 2010-2015 dipercaya menjadi Ketua Tim Sukses Jokowi-Jusuf Kalla.
Melalui kerja keras Tjahjo menggerakan berbagai elemen masyarakat.Akhirnya Jokowi-Jusuf Kallaberhasil mengalahkan pasangan Prabowo Subianto-Hatta Radjasa.
Pada 20 Oktober 2014 Jokowi dan Jusuf Kalla dilantik menjadi presiden di Gedung DPR/MPR. Lantas, seminggu berikutnya Jokowi melantik Kabinet Kerja, Senin 27 Oktober 2014.Salah seorang menteri yang dilantik adalah Tjahjo Kumolo yang dipercaya sebagai Menteri Dalam Negeri (Mendagri).
Pantas Presiden Jokowi sampai bolak-balik jenguk Tjahjo Kumolo, jawaban MenPAN RB saat anak ketiganya dilepeh Garuda Indonesia bikin syok. Foto politisi PDIP di Instagram miliknya banjir doa.
Jawaban Tjahjo Kumolo saat anaknya dilepeh Garuda Indonesia terungkapdalam acara tatap temu dengan staf Kementerian Dalam Negeri (Kemendagri) pada Oktober 2014. Mendagri Tjahjo Kumolomenceritakan tentang istri dan 3 anaknya. Tjahjo menuturkan, sang istri merupakan dokter yang mengabdi di salah satu rumah sakit pemerintahan tanpa posisi dan jabatan apapun.