W 2005, sprawując urząd burmistrza greckiej stolicy, wyróżniona została tytułem „World Mayor”.
W lutym 2006 została mianowana przez premiera Kostasa Karamanlisa na stanowisko ministra spraw zagranicznych Grecji, odchodząc w tym samym miesiącu z magistratu. Urząd ministra sprawowała do października 2009. Od 1 stycznia do 5 października 2009 pełniła też funkcję przewodniczącego OBWE.
W maju 2010 za głosowanie wbrew stanowisku tego partii została wykluczona z Nowej Demokracji. W listopadzie tegoż roku założyła partię Sojusz Demokratyczny (jej brat Kiriakos Mitsotakis pozostał członkiem ND). Sojusz Demokratyczny nie przekroczył wyborczego progu w wyborach do parlamentu z maja 2012. W obliczu kolejnych przedterminowych wyborów, przewidzianych na czerwiec tego samego roku, Dora Bakojani podjęła rozmowy koalicyjne z Nową Demokracją. Ostatecznie ND i jej formacja doszły do porozumienia, uzgadniając wspólny start (pod szyldem Nowej Demokracji) oraz kwestie zjednoczenia. W rezultacie z listy ND Dora Bakojani powróciła do parlamentu po miesięcznej przerwie, utrzymując mandat poselski również w kolejnych wyborach w styczniu 2015, wrześniu 2015, 2019, maju 2023 i czerwcu 2023.