14 października 2007 został wiceprzewodniczącym nowo powstałej Partii Demokratycznej.
W przedterminowych wyborach w 2008 po raz trzeci uzyskał mandat poselski (do Izby Deputowanych XVI kadencji). Po rezygnacji Waltera Veltroniego ze stanowiska sekretarza Partii Demokratycznej Dario Franceschini 21 lutego 2009 został wybrany na jego następcę. Już 25 października tego samego roku zastąpił go Pier Luigi Bersani.
W 2013 i w 2018 Dario Franceschini uzyskiwał mandat poselski na XVII i XVIII kadencję.
27 kwietnia 2013 kandydat na premiera Enrico Letta ogłosił jego nominację na urząd ministra ds. kontaktów z parlamentem. Funkcję tę objął następnego dnia i pełnił ją do 22 lutego 2014. Tego samego dnia w nowo powołanym rządzie Mattea Renziego objął stanowisko ministra kultury. Utrzymał to stanowisko także w utworzonym 12 grudnia 2016 gabinecie, na czele którego stanął Paolo Gentiloni. 1 czerwca 2018 zakończył pełnienie funkcji rządowej.
5 września 2019 objął urząd ministra kultury i turystyki w nowo powołanym drugim rządzie Giuseppe Contego. Pozostał na tej funkcji również w utworzonym 13 lutego 2021 gabinecie Maria Draghiego (od marca 2021 jako minister kultury).