Jesienią 2001 przed wyborami parlamentarnymi powołała na bazie Batkiwszczyny Blok Julii Tymoszenko. W styczniu 2002 w czasie kampanii wyborczej uległa wypadkowi samochodowemu w Kijowie, odnosząc obrażenia głowy i klatki piersiowej. W wyborach tych jej ugrupowanie uzyskało ponad 20 mandatów, a Julia Tymoszenko kolejny raz została posłem. W wyborach prezydenckich w 2004 poparła kandydaturę Wiktora Juszczenki, biorąc następnie aktywny udział w pomarańczowej rewolucji.
Pierwszy rząd i wybory w 2006
24 stycznia 2005 została powołana na funkcję p.o. premiera Ukrainy. 4 lutego 2005 po zatwierdzeniu przez Radę Najwyższą objęła oficjalnie funkcję premiera. Została zdymisjonowana 8 września tego samego roku na skutek konfliktu z otoczeniem prezydenta.
W wyborach parlamentarnych w 2006 stanęła ponownie na czele listy wyborczej BJuT, który uzyskał drugi wynik (za Partią Regionów). Podjęta próba ponownego utworzenia „pomarańczowej koalicji” z udziałem Naszej Ukrainy i SPU zakończyła się niepowodzeniem.
Wybory w 2007 i drugi rząd