Od 2017 reprezentowała Partię Razem w założonym przez Janisa Warufakisa paneuropejskim ruchu DiEM25. W wyborach samorządowych w 2018 otwierała okręgową listę swojego ugrupowania do Sejmiku Województwa Dolnośląskiego, nie została wówczas wybrana na radną. W lutym 2019 wystąpiła z Partii Razem, motywując swoją decyzję brakiem akceptacji dla przyjętej przez tę partię strategii przed wyborami do Parlamentu Europejskiego w tym samym roku. W sierpniu 2019 została wybrana do zespołu koordynacyjnego DiEM25.
W kwietniu 2019 założyła inicjatywę „Wrocław Wspiera Nauczycieli”, która w trakcie trwającego strajku generalnego w oświacie, zainicjowanego przez Związek Nauczycielstwa Polskiego, organizowała m.in. demonstracje i wiece poparcia dla postulatów strajkujących we Wrocławiu. Agnieszka Dziemianowicz-Bąk w swoich wypowiedziach podkreśla również sprawy wolności osobistych, równouprawnienia osób LGBT czy dostępu kobiet do aborcji. Była organizatorką wystosowania do rządu i ministra edukacji narodowej apelu o pilną realizację postulatów strajkowych nauczycieli, pod którym podpisało się około 50 tys. osób.