2003年2月，41岁的黄莉新在江苏省十届人大一次会议上，当选江苏省人民政府副省长，成为中国当时最年轻的女性副省长。2007年12月，任中共江苏省委常委、副省长。期间，黄莉新先后在中共中央党校函授学院省部级干部在职研究生班，以及哈佛大学肯尼迪政府学院进修。2001年4月到2011年12月，在河海大学水文水资源学院水文学及水资源专业在职研究生学习，获得工学博士学位。2011年12月，黄莉新兼任中共无锡市委书记，2012年3月，辞去副省长职务。2012年11月，在中国共产党第十八次全国代表大会上当选中央候补委员。