2010年9月，就任菅直人第1次改造内阁 内阁府特命担当大臣（经济财政政策、科学技术政策）。他还担任国务大臣，担任宇宙开发担当职务。2011年1月，转任菅直人第2次改造内阁 经济产业大臣。2011年8月，曾参选民主党代表，但在第二轮投票败于野田佳彦。2011年10月，就任民主党地域主权调查会长。2012年12月，众议院大选民主党惨败下野，民主党陷入建党以来最大危机，海江田抱着的觉悟再次参选民主党代表，终于成功当选。但是海江田未能扭转民主党的颓势，民主党在2013年的参议院山口县选区补选、