Od 4 września 2006 do 8 maja 2009 pełnił funkcję wicepremiera oraz ministra pracy i spraw socjalnych w pierwszym i drugim rządzie Mirka Topolánka.
25 marca 2010 został wybrany kandydatem ODS na premiera Republiki Czeskiej w wyborach parlamentarnych w tym samym roku. W wyborach tych ODS zajęła drugie miejsce, a Petr Nečas rozpoczął rozmowy na temat stworzenia wspólnej centroprawicowej koalicji z partiami TOP 09 oraz Sprawy Publiczne (VV). 20 czerwca 2010 został wybrany na przewodniczącego Obywatelskiej Partii Demokratycznej.
28 czerwca 2010 prezydent Václav Klaus desygnował go na urząd premiera i powierzył mu misję sformowania nowego rządu. 12 lipca 2010 trzy partie podpisały porozumienie koalicyjne. 13 lipca 2010 odbyło się zaprzysiężenie rządu, w skład którego weszło sześciu ministrów z ODS, pięciu z TOP 09 oraz czterech z VV. 10 sierpnia 2010 Izba Poselska 118 głosami „za” przy 82 „przeciw” udzieliła wotum zaufania dla jego gabinetu. Od grudnia 2012 do marca 2013 tymczasowo kierował jednocześnie resortem obrony. Z powodu afery korupcyjnej, związanej m.in. z tymczasowym aresztowaniem kierującej jego gabinetem Jany Nagyovej, 17 czerwca 2013 podał się do dymisji. Ustąpił również wówczas z kierowania ODS. Zakończył urzędowanie na stanowisku premiera kilka tygodni później.