2003 wurde er vom damaligen Bundesumweltminister Jürgen Trittin zum Abteilungsleiter "Naturschutz und nachhaltige Naturnutzung" im BMUB berufen. In dieser Funktion war er wesentlich an der Vorbereitung COP 9 der Biodiversitätskonvention 2008 in Bonn beteiligt. Im August 2009 wurde er Präsident des Umweltbundesamts (und damit Nachfolger von Andreas Troge). 2013 wurde er als beamteter Staatssekretär in das BMUB berufen. Bei den Klimaverhandlungen 2015 in Paris war er neben Ministerin Barbara Hendricks der wichtigste deutsche Unterhändler zur Erzielung eines relevanten Klimaabkommens.