Hallengren tjenestegjorde som statsråd i regjeringen Persson i perioden 2002 til 2006. Etter valget i 2002 ble Hallengren håndplukket av statsminister Göran Persson til stillingen som assisterende utdanningsminister, med ansvar for førskolen, voksenopplæringen, og som ungdomsminister. Hun hadde også ansvar for begravelsessaker.