Etter at Moxnes gikk av som leder i Rød Ungdom, ble han valgt inn i ledelsen i Rød Valgallianse. Ved stiftelsen av partiet Rødt i 2007 ble Moxnes valgt inn i landsstyret. I 2010 ble han valgt til nestleder i partiet, og på partiets landsmøte 6. mai 2012 ble han valgt til ny leder etter Turid Thomassen.