Nach der Julirevolution von 1830 engagierte sich Arago in der Politik. Als republikanischer Abgeordneter der Region „Pyrénées-Orientales“ redete er während der "Juli-Monarchie" in der Abgeordnetenkammer, insbesondere zu Fragen der Seefahrt, des Kanalbaus und der Eisenbahnen. Nach der Revolution von 1848 holte ihn Alphonse de Lamartine in die provisorische Regierung als Kriegs- und Marineminister. Zusammen mit seinem Untersekretär Victor Schoelcher spielte er eine ausschlaggebende Rolle bei der endgültigen Abschaffung der Sklaverei in Frankreich. Für anderthalb Monate war er Vorsitzender der Exekutivkommission der Republik, bevor die Versammlung den General Louis-Eugène Cavaignac an die Spitze der Macht stellte. Er weigerte sich, sich Napoleon III. nach dessen Staatsstreich 1851 anzuschließen, und legte seine öffentlichen Ämter nieder.