W 2001 odeszła z UW do nowo powstałej Platformy Obywatelskiej, w wyborach w tym samym roku z ramienia tego ugrupowania uzyskała mandat posłanki IV kadencji, reprezentując radomski okręg wyborczy. Po raz drugi została wybrana do Sejmu w 2005 na okres V kadencji, w której objęła stanowisko przewodniczącej Komisji Zdrowia. W tzw. gabinecie cieni PO (utworzonym w styczniu 2006) powołano ją na stanowisko rzeczniczki ds. zdrowia. Pełniła obowiązki przewodniczącej mazowieckich struktur PO.

W przedterminowych wyborach parlamentarnych w 2007 po raz trzeci została posłanką, otrzymując 39 155 głosów. 16 listopada 2007 została powołana na stanowisko minister zdrowia w rządzie Donalda Tuska. W 2009 sprzeciwiła się zakupowi przez polski rząd niesprawdzonychM.in. Wolfgang Wodarg, niemiecki lekarz i przewodniczący komisji zdrowia w Zgromadzeniu Parlamentarnym Rady Europy, wskazywał, że szczepionka przeciw świńskiej grypie mogła także powodować wzrost zachorowań na raka (zob. ). i kosztownych szczepionek przeciwko tzw. świńskiej grypie w okresie pandemii, którą ogłosiła Światowa Organizacja Zdrowia (co do której pojawiły się podejrzenia, że może być na nią wywierany wpływ ze strony koncernów farmaceutycznych). Decyzja ta była również krytykowana, m.in. przez byłego ministra Marka Balickiego, który stwierdził, że postawa rządu wzmocniła tzw.