W czerwcu 2007 objęła funkcję sekretarza stanu ds. ekologii w rządzie François Fillona w resorcie, na którego czele stał Jean-Louis Borloo. W marcu 2008 wygrała wybory na urząd mera Longjumeau. W styczniu 2009 została przeniesiona na stanowisko sekretarza stanu ds. planowania i rozwoju gospodarki cyfrowej, bezpośrednio podległe premierowi. W listopadzie 2010 w trzecim gabinecie tego samego premiera została ministrem ekologii, zrównoważonego rozwoju, transportu i mieszkalnictwa.
22 lutego 2012 odeszła z rządu w związku z objęciem funkcji rzeczniczki Nicolasa Sarkozy’ego w trakcie kampanii prezydenckiej. W wyborach parlamentarnych w tym samym roku uzyskała poselską reelekcję.
W lutym 2013 zadeklarowała zamiar ubiegania się o urząd mera Paryża w wyborach lokalnych w 2014. W czerwcu tego samego roku wygrała partyjne prawybory, pokonując Rachidę Dati (wynikiem ponad 58% głosów). W pierwszej turze wyborów zdobyła ponad 35% głosów i awansowała do drugiej tury, w której przegrała z socjalistką Anne Hidalgo.
W 2016 wystartowała w prawyborach prezydenckich prawicy i centrum przed wyborami prezydenckimi zaplanowanymi na 2017. W głosowaniu z 20 listopada 2016 uzyskała 2,6% głosów. Przed drugą turą prawyborów poparła Alaina Juppé.