4回全国都市地方选举，当选成为首尔市长，2010年连任成功。2011年，由于反对由在野民主党控制的首尔市议会推行的「学生免费营养午餐」计划，吴世勋推行「学生免费营养午餐」公投，但投票率只有不足26%，结果他于8月26日宣佈辞职。2016年，参与国会选举首尔钟路区，败给寻求连任的丁世均。2020年，投入国会选举首尔广津区对战高旼廷，最终以些微差距再次败选。