Han ble formann i Venstre i 1998 og statsminister i 2001. Rasmussen er den lengst sittende statsminister fra Venstre og den eneste statsministeren som har sittet sammenhengende i tre valgperioder. Venstre og Det Konservative Folkeparti regjerte i mindretall med støtte fra Dansk Folkeparti. Regjeringen gjennomførte skattelettelser, en forvaltningsreform og strengere restriksjoner på innvandring fra land utenfor EØS-området. I hans regjeringstid besluttet Danmark å delta i krigene i Afghanistan og Irak. Da Danmark hadde formannskapet i EU i 2002, sluttførte Rasmussen forhandlingene forut for østutvidelsen i 2004, da åtte land i Øst-Europa ble EU-medlemmer.