W 2017 z powodzeniem ubiegała się o poselską reelekcję.
W styczniu 2018 została (obok Roberta Habecka) wybrana na jednego z dwojga współprzewodniczących Zielonych. W kwietniu 2021 nominowana na kandydatkę swojej partii na kanclerza w wyborach parlamentarnych w tym samym roku. W wyniku głosowania z września 2021 ponownie została wybrana do Bundestagu.
Po tych wyborach kierowani przez nią Zieloni zawiązali koalicję rządową z Socjaldemokratyczną Partią Niemiec i Wolną Partią Demokratyczną. W grudniu 2021 w nowo utworzonym rządzie Olafa Scholza Annalena Baerbock objęła stanowisko ministra spraw zagranicznych. W następnym miesiącu zakończyła pełnienie funkcji partyjnej. W 2025 z powodzeniem ubiegała się o poselską reelekcję. W maju tegoż roku zakończyła pełnienie funkcji ministra. W czerwcu 2025 została wybrana na przewodniczącą Zgromadzenia Ogólnego ONZ (na okres jednorocznej kadencji od września 2025); w tym samym miesiącu złożyła mandat deputowanej do Bundestagu.
Odznaczenia Krzyż Wielki Orderu Izabeli Katolickiej (Hiszpania, 2022) Order Księcia Jarosława Mądrego III klasy (Ukraina, 2024) Krzyż Wielki Komandorski Orderu „Za Zasługi dla Litwy” (Litwa, 2024)