过隔年的立委选举中国民党仅被分配到20席，未能当选；2008年7月因时任立委李纪珠转任金融监督管理委员会政务副主任委员而递补进入立法院。而出身台南的时任蒙藏委员会主任委员兼政务委员高思博与青辅会主委王昱婷无意愿参选，陈淑慧因而决定参与2011年台南市第四选举区立法委员缺额补选，成为首位于不分区立委任内转战参选区域立委选举的立法委员，不过最终仍以悬殊差距败给刚卸任台南市长的许添财。2012年连任立委后，2016年获国民党征召再战台南市第四选举区，在国民党大环境不佳之下以超过五万票的差距大败给曾任民进党发言人的