2007年7月の参議院選挙に東京都選挙区より無所属で立候補。参議院選挙の際には、公示日の7月12日には約1000人のボランティアが都内約14,000箇所の掲示板のポスター貼りを手伝ったほか、7月22日の新宿での集会では支援団体やボランティア支援者を中心に約800人以上を、7月28日（選挙戦最終日）の渋谷での集会には約1000人以上を集め、著名人らも応援に駆けつけた。683,629票を得て初当選。参議院環境委員会に所属した。その後無所属からみんなの党に入党し、2013年の二期目の選挙では比例区でトップ当選。