1999 yılında Fazilet Partisi’nden Beyoğlu Belediye Başkanlığı’na seçildi ve Beyoğlu’nda kapsamlı bir dönüşümü hedefleyen Güzel Beyoğlu Projesi’ni geliştirerek uygulamaya koydu. Mimari projesini kendisinin çizdiği Kentsel Dönüşüm ve Sosyal Rehabilitasyon çalışmaları kapsamında Kasımpaşa’daki Kapalı Spor Salonu Kompleksi, Eğitim ve Sosyal Tesisleri’ni hizmete aldı. 2004 yılında Adalet ve Kalkınma Partisi’nden İstanbul Büyükşehir Belediye Başkanı olarak seçildi. Aynı yıl Marmara Belediyeler Birliği Meclisi tarafından Birlik Başkanı olarak seçildi ve bu görevini 2009 yılına kadar yürüttü. 2004 yılında Birleşmiş Kentler ve Yerel Yönetimler, Orta Doğu ve Batı Asya Bölge Teşkilatı (UCLG-MEWA) Başkanı ve Birleşmiş Kentler ve Yerel Yönetimler Dünya Teşkilatı (UCLG) Başkan Yardımcısı olarak seçildi ve bu görevlerini 2007 yılına kadar sürdürdü. UCLG- MEWA’yı yeniden yapılandırarak kurumsal kapasitesini güçlendirdi. 2007 yılında Birleşmiş Kentler ve Yerel Yönetimler Dünya Teşkilatı’na (UCLG) EŞ Başkan seçildi ve bu görevini 2010 yılına kadar yürüttü. 2009 yılında İstanbul Büyükşehir Belediye Başkanı olarak tekrar seçilerek İstanbul tarihinde üst üste seçim kazanan ilk büyükşehir belediye başkanı oldu. 2009 yılında Türkiye Belediyeler Birliği’ne Başkan seçildi. 2010 yılında Birleşmiş Kentler ve Yerel Yönetimler Dünya Teşkilatı’na (UCLG) Başkan seçilerek Türk yerel yönetim tarihinde bir ilki gerçekleştirdi. 2011 yılında Birleşmiş Milletler Yerel Yönetimler Danışma Komitesi’ne (UNACLA) Başkan seçildi. UNACLA’nın etkinliğinin artırılmasına yönelik önemli girişimlerde bulundu. 2011 yılında Asya Belediye Başkanları Forumu’na (AMF) Başkan seçildi ve bu görevini 2013 yılına kadar devam ettirdi. 2012 yılında Pakistan Lahore Devlet Üniversitesi tarafından Fahri Doktora ünvanı verildi. 2013 yılında Birleşmiş Milletler Genel Sekreterliği tarafından davet edilen, 2015-2030 yılları arası Sürdürülebilir Kalkınma Hedeflerini Belirleme Çalışmalarını hazırlayan 26 üst düzey seçkin panelistler arasında yer aldı. Uluslararası düzeyde yapmış olduğu başarılı çalışmalar dolayısıyla 2011 yılında Türkiye Cumhuriyeti Dışişleri Bakanlığı Fahri Büyükelçi Onur Ödülü ile taltif edildi. 2013 yılında Birleşmiş Kentler ve Yerel Yönetimler Dünya Teşkilatı’na (UCLG) yeniden Başkan seçildi. Teşkilatın üye sayısının artırılması, kurumsal kapasitesinin geliştirilmesi ve temsil kabiliyetinin güçlendirilmesine yönelik olarak küresel düzeyde yoğun ve kapsamlı çalışmalar yaptı.