民主进步党执政后，复升任为行政院卫生署疾病管制局局长。涂醒哲担任行政院疾病管制局长时，为了减少民众手部接触传染的危险，在全国宣导「湿搓沖捧擦」的洗手五步骤，让孩童远离肠病毒。2002年，涂醒哲就任行政院卫生署副署长，同年的9月，成为代理署长，接任全民健康保险职务空缺。涂醒哲在行政院卫生署服务时，致力于推动老人流感疫苗施打，保障全国老人生命安全。涂醒哲卸任行政院卫生署署长一职后，陆续担任有给职之国策顾问、台湾红丝带基金会董事长、台湾联合国协进会副理事长、台湾医界联盟秘书长等。担任联合国协进会理事长期间