Godal var vararepresentant til Stortinget fra Oslo 1985–1989 og møtte fast fra 1986, først for Sissel Rønbeck 1986–1987, deretter for Gro Harlem Brundtland 1987–1989. Han var medlem av Stortingets finanskomité og var Arbeiderpartiets skattepolitiske talsmann. I 1989 ble han valgt inn på Stortinget på eget mandat og ble i 1990 leder i Stortingets utenriks- og konstitusjonskomité. I 1991 ble Godal utnevnt til handelsminister i Brundtland-regjeringen. Han ble utnevnt til utenriksminister i januar 1994 etter Johan Jørgen Holsts død. Ved utnevnelsen av Thorbjørn Jaglands regjering i oktober 1996 forble Godal utenriksminister, og ble sittende inntil regjeringen gikk av som følge av stortingsvalget i 1997. Godal gikk da tilbake til Stortinget, hvor han var sekretær i Stortingets forsvarskomité. Han var senere forsvarsminister i Jens Stoltenbergs første regjering fra mars 2000 til oktober 2001, og søkte ikke gjenvalg til Stortinget det året. Viktige arbeidsområder i hans tid som statsråd var Norges forhold til EU og EØS, reformer i Forsvaret, samt samarbeid med Baltikum og landene ved Barentshavet. Som forsvarsminister ønsket han å flytte forsvarets fokus fra vernepliktsforsvar og invasjonsforsvar til terrorberedskap, overvåkning til havs, samt andre typer krisehåndtering, inklusiv internasjonale operasjoner.