Demirel ble valgt til formann i Adalet Partisi i november 1964. Han var med å danne en koalisjonsregjering som styrte i Tyrkia fra februar 1965 til oktober 1965 der Suat Hayri Ürgüplü var statsminister mens Demirel var visestatsminister. Under hans ledelse vant Adalet Partisi flertallet av stemmene ved valget 10. oktober 1965 og han dannet en flertallsregjering der han ble Tyrkias 12. statsminister. Ved valget i 1969 kunne Adalet Partisi innkassere en enda større seier og han kunne fortsette som statsminister.