Demirel valittiin Oikeuspuolueen (Adalet Partisi) johtokuntaan. Puolue oli perustettu vuoden 1960 sotilasvallankaappauksen jälkeen hajotetun Demokraattisen puolueen seuraajaksi. Demirel valittiin puhemieheksi 1964 ja hän toimi varapääministerinä Suat Hayri Ürgüplün hallituksessa. Vuonna 1965 AP sai vaalivoiton ja Demirelistä tuli maan pääministeri. Vuoden 1969 vaaleissa AP:n valtakausi jatkui. Vuonna 1970 konservatiivi-islamistien vallan jatkuessa vasemmisto kävi levottomaksi ja 12. maaliskuuta 1971 pääesikunnan päällikkö lähetti muistion presidentti Cevdet Sunaylle vaatien voimakasta ja uskottavaa hallitusta. Demirel erosi samana päivänä ja vuoden 1971 vallankaappaukseksi nimitetyssä tapahtumaketjussa Nihat Erim muodosti kansallisen yhtenäisyyden hallituksen. Monet vasemmiston järjestöistä lakkautettiin.