05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。民进党败选以后，受云林县县长苏治芬之邀出任云林县副县长。2012年1月14日，李应元在2012年中华民国立法委员选举当选不分区立法委员。2013年，李应元参加民进党云林县长党内民调初选，电话民调支持度于角逐者中排行第三。2014年，李应元参加台北市长候选人柯文哲竞选