2014–2016 yılları arasında AK Parti genel başkanlığı ve Başbakanlık görevini sürdürmüştür. Bu görevinden önce 2009–2014 yılları arasında Recep Tayyip Erdoğan tarafıdan kurulan 60. Türkiye Hükûmeti ve 61. Türkiye Hükûmeti'nde Dışişleri Bakanı olarak yer almıştır. 2003–2009 yılları arasında o dönem başbakanlık yapan Erdoğan'ın ve Abdullah Gül'ün dış politika danışmanlığını yapmıştır. 2011, Haziran 2015 ve Kasım 2015 Türkiye genel seçimleri'nde AK Parti Konya milletvekili olarak meclise girmiştir. Başbakanlık görevinden 22 Mayıs 2016 tarihinde istifa etmiştir.
27 Ağustos 2014'te, Adalet ve Kalkınma Partisi 1. Olağanüstü Büyük Kongresinde Genel Başkan seçildi ve 28 Ağustos 2014'te cumhurbaşkanı Recep Tayyip Erdoğan'dan başbakanlık vekaletini aldı ve 62. Türkiye Hükûmetini kurmakla görevlendirilmiştir. 6 Eylül 2014'te 62. Türkiye Hükümeti Davutoğlu başbakanlığında güven oyu alarak resmen göreve başlamıştır. Davutoğlu 7 Haziran seçimleri sonrasında 45 gün içinde hükümetin kurulamamış olması üzerine Cumhurbaşkanının TBMM seçimlerinin yenilenmesine karar vermesi üzerine ülkeyi 1 Kasım 2015'te yapılacak seçime kadar yönetmek üzere seçim hükûmeti başbakanı olmuştur. Kasım 2015 Türkiye genel seçimleri lideri olduğu AK Parti tarihindeki en yüksek oy sayısı ile %49.4'lik oy oranını alarak tek başına iktidar olmak için gereken çoğunluğa ulaşmıştır. Sonrasında Davutoğlu 64. Türkiye Hükûmeti'ni kurarak başbakanlık görevine devam etmiştir.
Başbakan Davutoğlu, Cumhurbaşkanı Erdoğan ile yaşadığı ihtilafın sonucu olarak, 5 Mayıs 2016 günü 1 Kasım seçiminden sonra sadece 6 ay görev yapmasını nazara vererek "4 yıllık sürenin daha kısa sürmesi benim tercihim değildir. Zarurettir" şeklinde bir açıklama yaptı ve AK Parti'yi 22 Mayıs'ta yeni Genel Başkan seçimi yapması için Olağanüstü Büyük Kongre'ye çağırdı.[8] Kamuoyunda, bu kararın bir gün önce Cumhurbaşkanı Recep Tayyip Erdoğan ile gerçekleşen toplantı sırasında alındığı ifade edildi. 22 Mayıs 2016 tarihinde Cumhurbaşkanlığı tarafından yapılan basın açıklamasıyla Bakanlar Kurulu ve Başbakanlık görevinden istifa ettiği açıklanmıştır