Pada tahun 2001, dia terpilih menjadi anggota Komisi Pemilihan Umum (KPU) dan menyiapkan Pemilu 2004. Tak lama, Anas mengundurkan diri dan bergabung dengan Partai Demokrat sebagai Ketua Bidang Politik dan Otonomi Daerah.
Pada tahun 2010, Anas terpilih menjadi Ketua Umum Partai Demokrat setelah menyingkirkan kandidat lainnya, Andi Mallarangeng dan Marzuki Alie. Anas menjadi kampiun setelah pada putaran II meraih 280 suara, sedangkan Marzuki Alie harus puas dengan raihan 248 suara.
Kemenangan tersebut, membuat Anas mundur dari kursi DPR pada 23 Juli 2010. Namun, Anas tak bertahan lama pada posisi kekuasaannya.
KPK saat itu tengah menyelidiki kasus korupsi Wisma Atlet di Hambalang, menyatakan bahwa Anas menjadi salah satu orang yang punya andil dalam skandal tersebut. Hal ini yang membuat banyak petinggi dari Partai Demokrat yang meminta kepada SBY yang menjabat sebagai presiden pada saat itu, untuk memerintahkan Anas Urbaningrum mundur dari kursi Ketua Umum.
Atas dakwaan itu, pada 2013, Anas Urbaningrum mengundurkan diri dari jabatannya sebagai Ketua Umum, sekaligus menandai keluarnya ia dari Partai Demokrat.
Anas divonis 7 tahun penjara. Pada kasasi, hukumannya diperberat menjadi 14 tahun penjara dengan denda Rp57 miliar. Setelah melakukan Peninjauan Kembali (PK), hukuman Anas diringankan menjadi 8 tahun.