W 2013 wstąpił do Platformy Obywatelskiej. W wyborach na prezydenta Poznania w 2014 startował jako kandydat tej partii. W I turze otrzymał 21,46% głosów. Wraz z dotychczasowym prezydentem Ryszardem Grobelnym (liderem komitetu Teraz Wielkopolska) przeszedł do II tury, którą wygrał z wynikiem 59,09% głosów, przejmując (po 16 latach urzędowania jego kontrkandydata) stanowisko prezydenta Poznania. W 2018 objął honorowym patronatem imprezę środowisk LGBT „Poznań Pride Week” oraz Marsz Równości w Poznaniu.
W wyborach na prezydenta Poznania w 2018 ubiegał się o reelekcję jako kandydat Koalicji Obywatelskiej (w skład której weszła m.in. Platforma Obywatelska). Wybory wygrał w I turze, otrzymując 55,99% głosów. W 2019 został wykładowcą na kierunku urban management w Collegium Da Vinci w Poznaniu. W listopadzie tego samego roku zgłosił swoją kandydaturę w prawyborach prezydenckich organizowanych przez PO. Ostatecznie w grudniu partyjną nominację otrzymała Małgorzata Kidawa-Błońska.
W wyborach w 2024 ponownie kandydował na urząd prezydenta Poznania. W I turze uzyskał najlepszy wynik spośród pięciorga kandydatów (43,74% głosów). W II turze otrzymał 70,67% głosów, pokonując kandydata PiS Zbigniewa Czerwińskiego.