1998年、2001年与2004年获得连任。2008年至2012年任民进党全国不分区立法委员。2003年11月27日，立法院进行《公民投票法》草案表决当天早晨，蔡同荣宣布，他准备撤回自己的版本、支持民进党的版本；民进党临时提案撤销蔡同荣版草案，引发国亲联盟高度不满，国亲联盟立法委员追着蔡同荣高喊：「蔡公投，我们支持你！蔡公投，你要硬起来！」蔡同荣面对无法对自己提案表态的窘况，民进党立法委员陈其迈上前帮忙突围，立法院长王金平则大喊「不要干扰蔡委员的投票」，现场才稍微安静下来。面对蔡同荣版草案的国土范围等改