受民进党征召参选台北市长，提出「取消建筑高度限制。让台北亮起来、松山机场一旦迁移，中山松山受益、兴建巨蛋带动商机、首都科学园的规划」，多项政见主要针对各区发展现况的困境，期望透过新的市政规划，让各区有新的发展机会，被学者评为有创见，但是败于国民党提名的马英九。2005年9月19日之后，由行政院秘书长转任行政院劳委会主委，代替因高捷泰劳案而下台的陈菊，民进党总统大选初选期间，为表态支持谢长廷，辞去劳委会主委一职。李应元于谢长廷代任民进党主席期间，担任民进党秘书长，且身兼谢长廷竞选总部执行总干事。民进党败选