月又升任中国海洋石油总公司总经理、党组书记；1999年起，又兼中海油董事长、首席执行官。2001年，他成功地主导了中海油同时在纽约证券交易所和香港证券交易所上市。2003年10月，在中国石油领域工作30多年的卫留成弃商从政，出任中共海南省委副书记，海南省代省长； 2004年2月，正式当选海南省省长；2006年12月，接替汪啸风出任中共海南省委书记，后又兼任省人大常委会主任。 2011年8月，因年龄到限而卸下海南省的领导职务；同月，在十一届全国人大常委会第二十二次会议上，被增补为财政经济委员会副主任委员。