Hun ble utnevnt til forsvarsminister i Erna Solbergs regjering 16. oktober 2013. Hun etterfulgte Anne-Grete Strøm-Erichsen som forsvarsminister. Søreide oppfordret i et intervju i samband med Russlands anneksjon av Krim i 2014 til høyere rustningsanstrengelser fra alle de europeiske NATO-stater.