W 2000 kierował kampanią wyborczą Stjepana Mesicia w wyborach prezydenckich, a po jego zwycięstwie został doradcą prezydenta ds. bezpieczeństwa narodowego. Był następnie dyrektorem krajowego biura bezpieczeństwa (UNS, 2000–2002), agencji kontrwywiadu (POA, 2004–2008) i powołanej w jej miejsce agencji bezpieczeństwa i wywiadu (SOA, 2006–2008).
W październiku 2008 wszedł w skład rządu Iva Sanadera na stanowisko ministra spraw wewnętrznych. Pozostał na tym stanowisku również w lipcu 2009 w gabinecie Jadranki Kosor. Odszedł wraz z całym rządem w grudniu 2011. Przystąpił w trakcie urzędowania do Chorwackiej Wspólnoty Demokratycznej (jako urzędnik policji i służb specjalnych pozostawał przez szereg lat bezpartyjny). Z ramienia HDZ w wyborach w 2011 (w wyniku których jego ugrupowanie utraciło władzę) uzyskał mandat posła do Zgromadzenia Chorwackiego.
W 2012 został wybrany na nowego przewodniczącego Chorwackiej Wspólnoty Demokratycznej, stając się tym samym liderem opozycji. Zainicjowana przez niego Koalicja Patriotyczna zwyciężyła w wyborach parlamentarnych w 2015, sam Tomislav Karamarko uzyskał poselską reelekcję.