W wyniku głosowania z 25 października 2015 uzyskał mandat posła na Sejm VIII kadencji, otrzymując 129 088 głosów, a zorganizowana przez niego partia zajęła w tych wyborach czwarte miejsce z poparciem 7,6%, wprowadzając do Sejmu 28 posłów. Początkowo został przewodniczącym klubu poselskiego Nowoczesnej, jednak 26 kwietnia 2017 ustąpił z tej funkcji.
Od końca 2015 przedstawiał się jako lider opozycji wobec rządów Prawa i Sprawiedliwości. Na początku grudnia 2016 kierowana przez niego partia była w Warszawie gospodarzem kongresu Partii Porozumienia Liberałów i Demokratów na rzecz Europy (ALDE Party), na którym Ryszard Petru opowiedział się za zainicjowaniem przez liberałów debaty ws. Polski w Europarlamencie. Na przełomie 2016/2017 był krytykowany za kilkudniowy wyjazd do Portugalii w towarzystwie posłanki Joanny Schmidt w czasie trwania sejmowego protestu opozycji przeciwko zmianom w organizacji pracy dziennikarzy w Sejmie.