Kurz vor Wiedererlangung der estnischen Unabhängigkeit ging Ülo Nugis in die Politik. 1990 war er Mitglied des Estnischen Komitees, der demokratischen Gegenregierung zur kommunistisch bestimmten Regierung der Estnischen SSR. Von 1990 bis 1992 war er Mitglied und Vorsitzender des Obersten Rates der Republik Estland. Am 20. August 1991 um 23:03 Uhr rief er während des Augustputsches in Moskau offiziell die staatliche Loslösung Estlands von der Sowjetunion aus.