Został działaczem Platformy Obywatelskiej. W latach 2006–2007 pełnił funkcję zastępcy prezydenta Bydgoszczy, odpowiedzialnego m.in. za strategię i rozwój miasta, pozyskiwanie funduszy unijnych, obsługę inwestorów, edukację oraz sport. 29 listopada 2007 został powołany na stanowisko wojewody kujawsko-pomorskiego.
W wyborach w 2010 kandydował na urząd prezydenta Bydgoszczy, wygrywając I turę z wynikiem około 43,3% głosów. 5 grudnia tego samego roku zwyciężył w II turze wyborów z dotychczasowym prezydentem Konstantym Dombrowiczem z wynikiem 59,2% głosów. W 2014 z powodzeniem ubiegał się o reelekcję, pokonując w II turze głosowania swojego poprzednika (dostał 57,1% głosów).
W 2015 był jednym z założycieli komitetu wyborczego Bronisława Komorowskiego w wyborach prezydenckich. W 2018 ponownie został kandydatem na prezydenta Bydgoszczy jako przedstawiciel koalicji PO i Nowoczesnej (w ramach Koalicji Obywatelskiej). Uzyskał reelekcję w I turze, otrzymując 54,6% głosów.