2002年の第154通常国会への同法案提出を目指したが「表現の自由を侵害する」という世論の反対が強く、提出を断念した。2001年、第2次森改造内閣の農林水産副大臣に就任。この年、妻・眞紀子が第1次小泉内閣で外務大臣に抜擢される。妻・眞紀子が自民党を離党して以降は党の方針に逆らって眞紀子を応援したり、自身の選挙で眞紀子の応援を受けたりしたため党内での立場は微妙となった。再選されたものの、この時党新潟県連に独自候補として塚田一郎を擁立され約5万票差まで詰め寄られた。翌2005年には郵政国会で郵政民営化法案に反対したためさらに苦しい立場に追い込まれ、「適齢期」と言われながら自民党在籍中の入閣は叶わなかった。自民党内の派閥では田中派→二階堂グループを経て宏池会に所属していた。2004年6月、フジテレビが、新潟県長岡市にある田中の選挙事務所前の民家を借り、事務所の様子を密かに撮影していたことが発覚し、田中と後援会が選挙妨害と盗撮だとしてフジテレビに損害賠償と謝罪をもとめて新潟地方裁判所に訴状を提出した。2007年2月7日、新潟地裁で判決が下り、「撮影の目的自体は不当ではないが、正当な取材範囲を逸脱する違法なもの」としてフジテレビ側に36万円の賠償を命じた。2008年9月26日、自民党に離党届を提出。目前に控えた翌年の2009年8月15日に新潟県長岡市内で記者会見を開き、眞紀子とともに民主党への入党を表明した。「夫婦そろっての民主党入党を心から歓迎する」と述べた[1][2]。民主党公認で新潟県選挙区から出馬し、3選。2011年9月、民主党の総務委員長に就任。2012年1月13日より6月4日まで野田第1次改造内閣の防衛大臣を務めた(後述)。民進党公認で比例区からの出馬を希望し[3]、12月、正式決定する[4]。4選を目指すも落選[5]。これにより衆参両院において69年間存在していた田中家の議席は消滅したことになった[6]。選挙期間中に中央選挙管理会に届け出をしていない文書を配布した容疑で、事務所関係者2名と共に9月12日付で書類送検された[7]。その後略式起訴され[8]、罰金30万円(事務所関係者2人は罰金20万円)が言い渡された[9]。