W 1978 po raz pierwszy został wybrany do Zgromadzenia Narodowego. Od tego czasu w każdych kolejnych wyborach do 2012 włącznie skutecznie ubiegał się o reelekcję w departamencie Sekwana Nadmorska, rezygnując z mandatu poselskiego na czas sprawowania urzędów w administracji rządowej. Od 1989 do 1992 zasiadał w Grupie Socjalistów w Parlamencie Europejskim. Pracował w Komisji ds. Instytucjonalnych.
W latach 1981–1983 w pierwszych gabinetach Pierre’a Mauroy był ministrem delegowanym ds. budżetu. W trzecim rządzie tego premiera do 1984 sprawował urząd ministra badań naukowych i przemysłu. W okresie od 19 lipca 1984 do 20 marca 1986 stał na czele francuskiego rządu, będąc najmłodszym premierem w historii V Republiki.
W 1988 po raz pierwszy został przewodniczącym niższej izby francuskiego parlamentu, funkcję tę pełnił do 1992. Dwukrotnie bez powodzenia ubiegał się o przywództwo w Partii Socjalistycznej, przegrywając z Lionelem Jospinem. W 1992 ostatecznie objął stanowisko pierwszego sekretarza partii, zrezygnował jednak z niego już w kolejnym roku po słabych wynikach PS w wyborach parlamentarnych. Po sukcesie socjalistów w 1997 Laurent Fabius po raz drugi stanął na czele Zgromadzenia Narodowego.