Fra 1995 til 1996 var Hololei rådgiver for Estlands statsminister i EU-saker, fra 1996 til 2004 leder for statskontoret for EU-integrasjon. Han ble slik en svært innflytelsesrik embedsmann. Fra 2001 til 2002 var han økonomiminister i Mart Laars andre regjering, som hadde EU-medlemskap blant sine viktigste prioriteringer. Han representerte høyrefraksjonen i Det moderate folkepartiet. Han fant senere tilbake til Isamaa.