Działalność polityczna w latach 2009–2019 4 kwietnia 2009 podczas szczytu NATO przywódcy tej organizacji na nowego sekretarza generalnego wybrali Andersa Fogh Rasmussena. Następnego dnia duński premier zrezygnował z dotąd zajmowanego stanowiska. Następnego dnia Lars Løkke Rasmussen został mianowany na nowego premiera Danii, a jego nominację zatwierdziła królowa Małgorzata II. 7 kwietnia 2009 przedstawił skład swojego gabinetu (składający się z liberałów z Venstre i przedstawicieli Konserwatywnej Partii Ludowej), rezygnując jednocześnie ze stanowiska ministra finansów. W maju 2009 wybrano go również na przewodniczącego Venstre. 23 lutego 2010 dokonał rekonstrukcji swojego gabinetu, kolejne zmiany personalne w rządzie przeprowadził 8 marca 2011.
W wyborach w 2011 ponownie uzyskał mandat posła, a jego partia zajęła pierwsze miejsce. Większość parlamentarną uzyskały jednak ugrupowania lewicowej opozycji. 3 października 2011 na urzędzie premiera Danii zastąpiła go Helle Thorning-Schmidt. Lars Løkke Rasmussen pozostał na czele swojego ugrupowania. W 2015 z powodzeniem ubiegał się o reelekcję do Folketingetu. Venstre straciło w tych wyborach 13 mandatów, zajmując trzecie miejsce. Ugrupowania centroprawicy uzyskały jednak większość w parlamencie, co pozwoliło liderowi liberałów podjąć rozmowy o utworzeniu gabinetu.