Paetongtarn terjun ke dunia politik pada 2021 ditandai dengan bergabung ke PTP, partai yang didirikan oleh ayahnya. Dia menjabat sebagai kepala Komite Penasihat Inklusi dan Inovasi.
Pada 2023, dia terpilih menjadi salah satu dari tiga kandidat perdana menteri yang didukung oleh partai tersebut. Dalam kampanyenya dia mengangkat sejumlah isu, termasuk mengakhiri pemerintahan militer yang dipimpin Perdana Menteri Prayuth Chan o Ocha, yang memerintah sejak kudeta pada 2014.
Pada pemilu 2023, PTP bersaing dengan Ruam Thai Sang Chart yang didukung militer dan tradisionalis, Move Forward Party (MFP) yang berfokus pada kaum muda dengan program reformasi besar-besaran terhadap sistem monarki, serta puluhan partai lebih kecil.
Hasil pemungutan suara pada 14 Mei 2023 menghasilkan kemenangan yang mengejutkan untuk MFP, memperoleh mayoritas kursi di DPR. Meski demikian, MFP gagal membentuk pemerintahan koalisi, bahkan akhirnya dikeluarkan dari koalisi. Bukan hanya itu MFP terkesan disingkirkan karena misi yang diunsungnya untuk menentang kepemimpinan militer dan sistem monarki.
Pada Agustus 2023, pemerintahan koalisi memilih anggota PTP dan pengusaha Srettha Thavisin sebagai perdana menteri. Srettha kemudian menunjuk Paetongtarn sebagai wakil ketua Komite Nasional Strategi Soft Power. Di masa kepemimpinan Srettha, Thaksin kembali dari pengasingan.