Im Kabinett des Präsidenten Donald Trump übernahm Chao im Januar 2017 das Verkehrsministerium. Am 31. Januar 2017 wurde sie vom Senat in diesem Amt bestätigt. Als Reaktion auf den Sturm auf das Kapitol vom 6. Januar 2021 trat sie tags darauf als Verkehrsministerin mit Wirkung zum 11. Januar zurück.