W wyborach europejskich najwięcej mandatów zdobyła Europejska Partia Ludowa, jednak jej główny kandydat Manfred Weber nie uzyskał poparcia do objęcia funkcji przewodniczącego KE. Sondowano następnie kandydaturę Fransa Timmermansa (którą wsparła wówczas Angela Merkel); sprzeciwiły się jej m.in. państwa Grupy Wyszehradzkiej, a także nie zyskała wsparcia w EPP. Ostatecznie funkcję tę objęła przedstawicielka chadeków Ursula von der Leyen. Frans Timmermans dołączył do nowo powołanej Komisji Europejskiej (z kadencją od 1 grudnia tegoż roku). Został w jej ramach wiceprzewodniczącym wykonawczym odpowiedzialnym za Europejski Zielony Ład.
W lipcu 2023 Frans Timmermans ogłosił powrót do polityki krajowej, deklarując ubieganie się o pierwsze miejsce na wspólnej liście Partii Pracy i GroenLinks w wyborach parlamentarnych w tym samym roku. 22 sierpnia 2023 został ogłoszony głównym kandydatem tej koalicji. Tego samego dnia złożył rezygnację z członkostwa w Komisji Europejskiej, która została przyjęta ze skutkiem natychmiastowym. Kierowana przez niego koalicja w wyborach zajęła drugie miejsce;