，自2005年起，在陈水扁政府的谢长廷内阁指挥下，担任行政院卫生署副署长一职，随后历任苏贞昌、张俊雄等行政院院长，皆持续担任该职，迄中国国民党籍总统马英九上任后乃止。2008年之后，他离开政府职务，回归牙医界。2016年，民进党再次执政，陈时中获蔡英文政府任命为总统府国策顾问。2017年2月8日，陈时中接任卫生福利部部长。陈时中在上任时，引用医师誓词表示，医疗是服务业。陈时中上任时也表示会重新检讨健保「具名核删制」，引起医界及在野党时代力量之批评。同年五月，陈时中部长提出健保核删试办「团体组织制」。