Kim Il kom for alvor inn i politikken som Nord-Koreas arbeiderpartis førstesekretær i Nord-Pyongan etter Japans kapitulasjon i 1945. I 1946 ble han medlem av partiets sentralkomité og politbyrå. I 1947 ble han ansatt i Ministeriet for nasjonal sikkerhet. Etter proklameringen av Den demokratiske folkerepublikken Korea, eller Nord-Korea, i 1948, inntok Kim Il en rekke ledende posisjoner i statsapparatet, deriblant medlem av Den øverste folkeforsamlingen fra 1948, viseformann i Arbeiderpartiets sentralkomité fra 1953, medlem av Arbeiderpartiets politbyrås stående komité fra 1953, landbruksminister fra 1954 og etterhvert visestatsminister. I 1950-årene bistod han Kim Il-sung aktivt i angivningene og utrenskningene innad i partiet. Med konstitusjonen av 1972 ble presidentvervet opprettet, og Kim Il overtok som statsminister. Han gikk av som statsminister i 1976, visstnok av helsemessige årsaker, og innehadde det seremonielle vervet som én av landets to visepresidenter frem til sin død.