Nałęcz był posłem II i IV kadencji oraz wicemarszałkiem Sejmu. W 2004 przystąpił do zakładanej przez Marka Borowskiego Socjaldemokracji Polskiej. W 2005 został szefem sztabu wyborczego kandydata na prezydenta Marka Borowskiego, jednak potem otwarcie opowiedział się za kandydaturą Włodzimierza Cimoszewicza i został jego rzecznikiem, za co później wykluczono go z SdPl i skreślono z listy wyborczej kandydatów na posłów w wyborach parlamentarnych. Po zakończeniu działalności w Sejmie Nałęcz powrócił do pracy naukowej na Uniwersytecie Warszawskim. W wyborach do Parlamentu Europejskiego w 2009 bez powodzenia ubiegał się o mandat z ramienia koalicji Porozumienie dla Przyszłości. 5 lipca tego samego roku ponownie został członkiem Socjaldemokracji Polskiej. Tomasz Nałęcz był kandydatem PD i SdPl w wyborach na prezydenta RP. W kwietniu, w kilkanaście dni po katastrofie pod Smoleńskiem zrezygnował ze startu, udzielając poparcia Bronisławowi Komorowskiemu.