W tym samym roku jego ugrupowanie zajęło trzecie miejsce w wyborach parlamentarnych, zyskując jednak 4 mandaty. Jego ugrupowanie zawarło koalicję z socjalistami i Zielonymi. 25 października 2013 wielki książę Henryk powierzył mu funkcję formatora celem stworzenia nowego gabinetu. 4 grudnia 2013 Xavier Bettel objął obowiązki premiera nowego trójpartyjnego rządu.
W wyniku kolejnych wyborów w 2018 rządząca koalicja zachowała większość w parlamencie. 16 października Xavier Bettel otrzymał kolejną misję powołania rządu. Nowy gabinet, w którym większe wpływy uzyskali Zieloni, zaprzysiężono 5 grudnia 2018.
W październiku 2021 portal Reporter.lu ujawnił wyniki śledztwa dziennikarskiego, które wykazało, że praca dyplomowa Xaviera Bettela przedłożona podczas studiów w Nancy została splagiatowana (co dotyczyło 54 z 56 stron tej pracy). Polityk przyznał wówczas publicznie, że powinien był ją „przygotować inaczej”.