当选中共第十八届候补中央委员，但按得票数高低排名最末位。2012年12月，晋升中共山西省委副书记、山西省代理省长；2013年1月29日，山西省第十二届人大一次会议正式选举李小鹏为山西省省长。2016年8月30日，辞去山西省省长职务，同年9月3日接替杨传堂，成为中华人民共和国交通运输部部长，任部党组副书记（书记仍为杨传堂）。2018年3月，在第十三届全国人民代表大会第一次会议上，李小鹏获李克强总理提名，连任交通运输部部长。