1958 trat er der Christdemokratischen Partei Chiles bei, der auch sein Vater angehörte, und unterstützte dessen Präsidentschaftswahlkampf 1964. Während der Militärdiktatur unter Augusto Pinochet ab 11. September 1973 zählte Frei zu den Gründern des Oppositionsbündnisses, das die Volksabstimmung von 1988 betrieb und dessen Sieg zum überraschenden Rücktritt Pinochets und Übergang Chiles zu demokratischen Verhältnissen führte.