W 2000 Demokratyczna Partia Serbii przystąpiła do Demokratycznej Opozycji Serbii. Jej lider z ramienia DOS zwyciężył w wyborach na urząd prezydenta federalnego Jugosławii, pokonując Slobodana Miloševicia. Kontrolowana przez władze komisja wyborcza odmówiła uznania tych wyników. Wywołało to masowe wielotysięczne protesty w całym kraju, w trakcie których 5 października 2000 doszło do zajęcia instytucji rządowych. Ostatecznie 7 października tegoż roku Vojislav Koštunica objął urząd prezydenta Jugosławii.
W wyborach parlamentarnych z 23 grudnia 2000 koalicja DOS zdobyła 176 na 250 miejsc w parlamencie, z czego około 45 przypadło DSS. Jej przedstawiciel stanął na czele parlamentu, partia objęła także teki ministerialne w nowym rządzie Zorana Đinđicia, który powstał w styczniu 2001. Już w sierpniu tego samego roku Demokratyczna Partia Serbii wyszła z koalicji, protestując przeciwko wydaniu ekstradycji Slobodana Miloševicia. W 2002 jej przywódca dwukrotnie kandydował na urząd prezydenta Serbii, uzyskiwał w nich najwięcej głosów, jednak wybory te okazały się nieważne z uwagi na zbyt niską frekwencję. W wyborach w 2003 DSS uzyskała 53 mandaty. Vojislav Koštunica został wybrany w marcu 2004 na nowego premiera, stając na czele koalicji z Nową Serbią, Serbskim Ruchem Odnowy i G17 Plus.