W grudniu 2022 powołany na ministra gospodarki w koalicyjnym rządzie Mette Frederiksen. W lutym 2023 przejął czasowo wykonywanie funkcji ministra obrony w związku z chorobą lidera Venstre Jakoba Ellemanna-Jensena. W marcu 2023 czasowo ustąpił z funkcji ministra gospodarki; Stephanie Lose została wówczas ministrem bez teki wykonującym obowiązki ministra gospodarki. Na początku sierpnia 2023 w związku z zakończonym zwolnieniem lekarskim lidera Venstre (który ponownie przejął kierownictwo resortu obrony) Troels Lund Poulsen powrócił na urząd ministra gospodarki. Jeszcze w tym samym miesiącu doszło między nim i Jakobem Ellemannem-Jensenem do zamiany stanowisk ministerialnych – przeszedł wówczas na stanowisko ministra obrony. W październiku tego samego roku Jakob Ellemann-Jensen ogłosił wycofanie się z bieżącej polityki, rezygnując z funkcji rządowych. Troels Lund Poulsen przejął wówczas funkcje wicepremiera oraz ministra gospodarki. Na ostatniej z nich w listopadzie 2023 zastąpiła go Stephanie Lose. Wcześniej w tym samym miesiącu polityk został nowym przewodniczącym swojego ugrupowania.