Semenjak dari situ, ia menjabat Wakil Sekretaris Golkar Purwakarta, Sektretaris Purwakarta, hingga terpilih menjadi Ketua DPD Golkar.
Sementara tugasnya sebagai anggota DPRD belum tuntas, ia terpilih menjadi wakil bupati mendampingi bupati Purwakarta Lily Hambali Hasa pada 2003. Dedi dinobatkan sebagai politisi termuda berusia 32 tahun yang mampu menjadi Wabup.
Dari Wabup Dedi terpilih menjadi bupati bersama pasangannya pada 2008-2013.
Pada periode selanjutnya, Dedi terpilih lagi menjadi bupati dan pasangannya periode 2013-2018.
Pada 23 April 2016 Dedi terpilih menjadi Ketua DPD Golkar Jawa Barat menggantikan Irianto MS Syaifuddin.
Nama Dedi semakin populer di Jawa Barat dengan kebijaksanaan yang dikeluarkannya, antara lain semua warung internet (warnet) di Purwakarta dilarang adanya game online dan PlayStation karena berdampak pada sifat serta karakter anak dan pelajar.
Selain itu, Dedi juga memerintahkan memasang CCTV di setiap batas desa untuk memantau larangan berpacaran bagi muda-mudi atau bertamu di atas jam 21.00.
Bagi yang melanggar maka akan dihukum secara adat. Dengan diusir dari desa, atau membayar denda yang sudah ditentukan.
Adapun di tahun politik 2019 ini, Dedi Mulyadi menjadi Ketua Tim Kampanye Daerah 01 Jawa Barat dari Partai Golkar.
Pada Rabu (15/5/2019) Dedi mempertanyakan sikap Prabowo yang menolak hasil Pilpres. Yang mana itu berarti Prabowo juga menolak hasil Pileg. Yang mana hal tersebut bisa menjadi boomerang, karena Partai Gerindra memperoleh kenaikan perolehan suara yang memuaskan di Pemilu 2019 ini.
