I 2009 ble Plevneliev engasjert i partiet GERB og i juli samme år ble han utnevnt til minister for regional utvikling og offentlige arbeider i regjeringen ledet av statsminister Boǐko Borisov. Han ble nominert som presidentkandidat av GERB til valget i oktober 2011. Plevneliev vant valget med 52,6 % av stemmene i andre runde mot Ivajlo Kalfin fra Bulgarias sosialistparti.