Solhjell ble gjenvalgt til Stortinget ved valget i 2013 og var i denne perioden medlem av Utenriks- og forsvarskomiteen og nestleder i SVs gruppestyre. Fra høsten 2014 var han også medlem av Kontroll- og konstitusjonskomiteen. Han kunngjorde 1. juni 2016 at han ville trekke seg fra politikken og ikke søke gjenvalg i 2017. Han tiltrådte som generalsekretær i norske WWF Verdens Naturfond i mars 2018. Organisasjonen er knyttet til det internasjonale nettverket World Wide Fund for Nature og er organisert som en selvstendig stiftelse.