Da Valgerd Svarstad Haugland og resten av partiledelsen trakk seg i 2004 grunnet det dårlige kommunestyre- og fylkestingsvalget året før, ble Høybråten valgt til ny partileder på et ekstraordinært landsmøte. Han ble valgt inn på Stortinget for første gang fra Rogaland i 2005 og ble da også parlamentarisk leder for partiet. Etter et år i Stortingets kontroll- og konstitusjonskomité ble han i 2006 medlem av Stortingets utenrikskomité, hvor han ble værende frem til han ble permittert. Han var ellers medlem av Stortingets delegasjon til Nordisk råd fra 2005, medlem av delegasjonen til Europaparlamentet fra 2006, president i Nordisk råd 2007–2008 og medlem av Europautvalget fra 2009.