Kierowana przez niego partia wygrała wybory parlamentarne w 2006, a jej lider uzyskał mandat deputowanego do Izby Poselskiej. 16 sierpnia 2006 desygnowany na urząd premiera, jego mniejszościowy monopartyjny gabinet zaczął urzędować 4 września. Miesiąc później podał się do dymisji wobec niemożności uzyskania wotum zaufania. 8 listopada 2006 prezydent ponownie mianował go na stanowisko premiera. 9 stycznia 2007 drugi rząd Mirka Topolánka, do którego dołączyli przedstawiciele ludowców i Partii Zielonych, uzyskał akceptację ze strony czeskiego parlamentu. 5 grudnia 2007 w czeskim parlamencie odbyło głosowanie dotyczące wotum nieufności, które nie zostało przyjęte. Zostało ono jednak przegłosowanie 24 marca 2009. Dwa dni później premier Czech podał się do dymisji. 8 maja 2009 prezydent Václav Klaus dokonał oficjalnego zaprzysiężenia nowego gabinetu pod przewodnictwem Jana Fischera.
W grudniu 2009 ogłosił, że jeśli ODS nie wygra wyborów parlamentarnych w 2010, odejdzie z funkcji przewodniczącego partii. W marcu 2010 wzbudził publiczne kontrowersje swoimi wypowiedziami dla czasopisma „Lui” 25 marca 2010 wycofał się z ubiegania o urząd premiera.