Es electo alcalde de Lima en el 2002, donde postula con la alianza Unidad Nacional, ganando a su contendor más cercano, el entonces alcalde en ejercicio Alberto Andrade, y fue reelecto para un segundo mandato en las elecciones municipales de Lima de 2006, desde entonces, las obras más aplaudidas y criticadas han sido, la línea 1 del COSAC, llamada "El Metropolitano" (Castañeda criticó que Andrade lo propusiera en el año 2002, mientras él proponía la construcción de un tren.