Seit der Reichstagswahl 1903 gehörte Fehrenbach zudem für den Wahlkreis Ettenheim-Lahr dem Reichstag als Zentrumsabgeordneter an. 1909 war er ausgesprochener Befürworter des neuen Reichskanzlers, Theobald von Bethmann Hollweg. Am 3. Dezember 1913 wurde Fehrenbach durch nur eine Rede in ganz Deutschland berühmt. Im Zuge der Zabern-Affäre, die durch Übergriffe in der elsässischen Stadt Zabern ausgelöst worden war, wandte er sich gegen den Generalstab und hielt ein viel beachtetes, eindrückliches Plädoyer für einen Verfassungsstaat und gegen das Militär als "Staat im Staate". In seiner Überzeugung erhielt Fehrenbach breite Zustimmung von Zentrum, SPD und Fortschrittlicher Volkspartei. Richtete sich in dieser Frage seine Kritik auch gegen den Kanzler Bethmann Hollweg, so stand Fehrenbach in der Außen- und Reformpolitik voll hinter diesem. Während des Weltkrieges war er als Vorsitzender des zentralen Hauptausschusses des Reichstages eine wichtige Stütze der Bethmannschen Burgfriedenspolitik. Im Juni 1918 wurde Fehrenbach zum Reichstagspräsidenten gewählt. In den Reformen zur Parlamentarisierung (Osterbotschaft) sah er den Umbau des Reiches zur parlamentarisch-demokratischen Monarchie vollendet. So erschütterte der Sturz der Monarchie im November 1918 den überzeugten Unterstützer eines fortschrittlichen, parlamentarischen Kaisertums zutiefst. Sein Versuch, den alten Reichstag einzuberufen, um die Monarchie zu erhalten, scheiterte am Widerspruch des Rates der Volksbeauftragten. Dennoch erkannte die Weimarer Nationalversammlung Fehrenbach als ihren Präsidenten an, da sich dieser, abseits von Fragen der Staatsform, für einen demokratischen Rechtsstaat ausgesprochen hatte. Eigentlich war für dieses Amt Eduard David bereits gewählt worden, doch trat dieser nach Protest der Zentrumsfraktion, die die drei wichtigsten Ämter (Reichspräsident, Reichsministerpräsident und Präsident der Nationalversammlung) nicht allesamt der SPD überlassen wollte, zurück.