6 maja 2005 wraz z gabinetem podał się do dymisji, po nieprzegłosowaniu w Sejmie uchwały o skróceniu kadencji, jednak prezydent Aleksander Kwaśniewski dymisji nie przyjął. 1 września 2005 Marek Belka został również ministrem sportu po wydzieleniu tego resortu z Ministerstwa Edukacji Narodowej.
Wiosną 2005 zadeklarował gotowość poparcia Partii Demokratycznej – demokraci.pl oraz uczestniczył w kilku jej spotkaniach. W sierpniu poparł kandydaturę Henryki Bochniarz w wyborach prezydenckich. W wyborach parlamentarnych bez powodzenia kandydował do Sejmu z pierwszego miejsca na liście Partii Demokratycznej w okręgu łódzkim (otrzymał 12 774 głosy, tj. 4,34% głosów w okręgu), nie będąc członkiem tego ugrupowania.
19 października na pierwszym posiedzeniu Sejmu V kadencji złożył dymisję. Pełnił obowiązki premiera do czasu powołania nowej Rady Ministrów 31 października 2005.
Działalność od 2005 27 grudnia 2005 został mianowany na stanowisko sekretarza wykonawczego Europejskiej Komisji Gospodarczej Organizacji Narodów Zjednoczonych, obowiązki na tym stanowisku objął z początkiem 2006. W styczniu 2009 został dyrektorem departamentu europejskiego Międzynarodowego Funduszu Walutowego.