ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2557 พล.อ.ธวัชชัยได้สมัครรับเลือกตั้งในระบบบัญชีรายชื่อ สังกัดพรรคชาติพัฒนา ลำดับที่ 1 ต่อมาหลังจากที่คณะรักษาความสงบแห่งชาติได้ยึดอำนาจการปกครองและประกาศใช้รัฐธรรมนูญแห่งราชอาณาจักรไทย (ฉบับชั่วคราว) พุทธศักราช 2557 แล้วนั้น พล.อ.ธวัชชัยได้รับการโปรดเกล้าฯแต่งตั้งเป็นสมาชิกสภานิติบัญญัติแห่งชาติแต่ขาดคุณสมบัติในการดำรงตำแหน่ง