5 grudnia 2014, po wyborach regionalnych i zawiązaniu koalicji z Socjaldemokratyczną Partią Niemiec i Zielonymi, został wybrany na nowego premiera Turyngii. Stał się pierwszym od czasu zjednoczenia Niemiec premierem kraju związkowego wywodzącym się z ugrupowania postkomunistycznego. Po wyborach jego ugrupowanie zawarło porozumienie z dotychczasowymi partnerami, próbując utworzyć nowy rząd mniejszościowy. 5 lutego 2020 Bodo Ramelow nie uzyskał większości bezwzględnej w landtagu w dwóch głosowaniach, w trzecim głosowaniu przegrał z Thomasem Kemmerichem z FDP, kończąc urzędowanie na stanowisku premiera.
Wybór kandydata liberałów został uznany za niespodziewany i możliwy dzięki głosom posłów należących do znajdującej się w politycznej izolacji Alternatywy dla Niemiec. Doprowadziło to do kryzysu politycznego. Już kolejnego dnia Thomas Kemmerich ogłosił rezygnację ze stanowiska. 4 marca 2020 Bodo Ramelow ponownie został wybrany na premiera Turyngii. W kadencji 2020–2021 był przewodniczącym Bundesratu. 12 grudnia 2024 na funkcji premiera Turyngii zastąpił go Mario Voigt z CDU.
W wyborach w 2025 ponownie uzyskał mandat posła do Bundestagu.