Nach dem Regierungswechsel 2006 wurde Dahlgren zunächst Botschafter und Leiter der Ständigen Vertretung Schwedens bei den internationalen Organisationen in Genf, 2010 dann Botschafter für Menschenrechte. Zwischen 2013 und 2014 war er Geschäftsführer und Schatzmeister der Sozialdemokratischen Arbeiterpartei. 2014 wurde er Staatssekretär für Internationales und EU-Angelegenheiten unter dem neuen Ministerpräsidenten Stefan Löfven. 2019 wurde Dahlgren EU-Minister in der Regierung Löfven II und übernahm damit die Zuständigkeit für EU-Angelegenheiten von der Handelsministerin Ann Linde.