Erdoğan'ın sadık bir destekçisi olan Yıldırım, "düşük profilli" bir başbakan olarak anıldı ve elinde tuttuğu başbakanlık makamına son verip parlamentonun gücünü azaltarak Erdoğan'a daha fazla güç veren bir başkanlık sistemine destek verdi. 2017 Türkiye anayasa değişikliği referandumunda başkanlık sisteminin kabülünden sonra 3. Adalet ve Kalkınma Partisi Olağanüstü Kongresi'nde istifa ederek AK Parti Genel Başkanlığı'ndan istifa etti ve yerine Erdoğan seçildi. Temmuz 2018'de Türkiye Büyük Millet Meclisi başkanı seçildi. Şubat 2019'da bu görevinden istifa ederek 2019 Türkiye yerel seçimlerinde İstanbul belediye başkanı adayı oldu ancak seçilemedi. 23 Haziran 2019'da tekrarlanan İstanbul büyükşehir belediye başkanlığı seçimleri için AK Parti'den tekrar aday gösterildi ancak yine seçilemedi.