宁省代省长后，孙春兰出任中共大连市委书记。2005年11月底，孙春兰调中央工作，出任中国共产党中华全国总工会机关党组书记；数天后，在中华全国总工会第十四届执委会三次全体会议上，当选全国总工会副主席，并任书记处第一书记、党组书记。2009年11月，调任福建，接替卢展工出任省委书记，成为继万绍芬之后，中共第二位女性的省级党委书记；2010年1月，当选为福建省人大常委会主任。2012年11月15日，在中共十八届一中全会上，孙春兰晋升中共中央政治局委员；11月21日起，接替张高丽兼任中共天津市委书记。201