省议员任期即将届满时，决定由民意代表转战地方首长，并获得国民党提名为第十一届云林县长候选人，顺利当选，并在1993年第十二届云林县长选举中连任。廖泉裕在县长任内推动云林离岛工业区开发案，对云林工商业发展影响甚深。他力邀原将至中华人民共和国设厂的台塑六轻至麦寮设厂，带来大量的工作机会，也使麦寮周遭繁荣，但交通、环保等争议也如影随形，是以其施政目标称「工业与环保并重、经济与文化同步、工作与休闲并行」。1997年，廖议员两届县长任期届满，转任行政院公共工程委员会副主任委员，直到2001年卸下公职，专心从商。