16 listopada 2015 został powołany na ministra bez teki w rządzie Beaty Szydło; powierzono mu prowadzenie prac w zakresie zorganizowania Ministerstwa Energii. 1 grudnia 2015 został odwołany z tego stanowiska i jednocześnie powołany na urząd ministra energii. 11 grudnia 2017 objął dotychczasowe stanowisko ministerialne w nowo utworzonym rządzie Mateusza Morawieckiego. Na stanowisku ministra energii między innymi przeforsował rozpoczęcie budowy przez państwowe spółki energetyczne Energa i Enea nowego bloku C elektrowni węglowej w Ostrołęce, którą następnie zarzucono z uwagi na nierentowność inwestycji, a także wyburzono wykonane budowle. Ocenia się, że przyniosło to państwowym podmiotom około miliard złotych strat. Według komentatorów było to jedną z przyczyn likwidacji Ministerstwa Energii kierowanego przez Krzysztofa Tchórzewskiego i rozdzielenia jego kompetencji w kolejnym rządzie powstałym w 2019.
W wyborach w 2019 uzyskał mandat posła IX kadencji, otrzymując 62 891 głosów. Objął funkcję przewodniczącego Komisji Gospodarki i Rozwoju. 15 listopada 2019 zakończył pełnienie funkcji ministra w związku z likwidacją Ministerstwa Energii. W marcu 2021 został przez premiera Mateusza Morawieckiego powołany na przewodniczącego Rady Doradców Politycznych.