小沢鋭仁
2009年9月、鳩山由紀夫内閣で環境大臣に任命され、初入閣した。2010年6月に発足した菅直人内閣でも留任。2010年9月民主党代表選挙では小沢一郎を支持したため、9月の内閣改造で再任されず、環境大臣を退任した(後任は松本龍)。同年、衆議院環境委員長に就任。環境大臣退任後は民主党内で21世紀国家ビジョン研究会(略称:国家研、通称:小沢鋭仁グループ)を旗揚げし、代表に就任した。2011年1月には民主党の「社会保障と税の抜本改革調査会」の会長代理に就任(会長は仙谷由人)。年金改革や消費税増税に向けた検討作業に携わる。
2011年8月10日、民主党執行部が決定した、第45回衆議院議員総選挙におけるマニフェストの見直しを批判し、民主党代表選への出馬に意欲を示した。同じ鳩山グループに属する海江田万里、小沢は支持基盤が重複しているため、候補者を一本化するべく前首相の鳩山由紀夫が調整に動き、8月26日、小沢は代表選出馬を断念。海江田への一本化を了承した。
野田内閣発足後、「円高・欧州危機等対応研究会」を結成し、その会長に就任した。
2012年の消費増税をめぐる政局では、6月26日の衆議院本会議で行われた消費増税法案の採決で、党の賛成方針に反して棄権した。民主党は7月3日の常任幹事会で幹事長による注意処分とする方針を決定し、7月9日の常任幹事会で正式決定した。
民主党時代は鳩山由紀夫の側近であり、政権交代を実現する会(鳩山グループ)の事務総長を務めていた。鳩山の首相辞任後にグループを離脱していたが、2011年11月に復帰。なお鳩山グループは、鳩山の政界引退、及び同グループ幹部であった小沢や松野頼久(日本維新の会へ合流)、米長晴信(民主党離党後、みんなの党に入党)の離党、平野博文の退会(雄志会結成、2012年に落選、2014年に小選挙区敗北後比例復活により政界復帰)により事実上解散した。
2010年の第22回参議院議員通常選挙では、山梨県選挙区から出馬した参議院議員会長・輿石東の総合選挙対策本部長を務め、輿石は自民党新人の宮川典子を3,745票の僅差で破り、3選。しかし2012年の第46回衆議院議員総選挙では、輿石は選挙直前に民主党を離党し、日本維新の会に合流した小沢の当選を阻止するため、内閣官房副長官の斎藤勁を山梨1区に擁立。小沢、斎藤はいずれも、輿石に敗れた宮川に敗北した(斎藤は比例復活も叶わず、落選)。
在日韓国人をはじめとする永住外国人住民の法的地位向上を推進する議員連盟の副会長を務め、在日本大韓民国民団の集会において、政権奪取で在日韓国人に対する参政権の実現を約束した。