Hans van Mierlo heeft de electorale prestaties van D66 eens vergeleken met de vlucht van een kwikstaart, die heel laag bij de grond kan komen maar ook grote hoogtes kan bereiken. Nadat D66 bij de gemeenteraadsverkiezingen van 29 mei 1974 bijna volledig was weggevaagd, won de partij onder leiding van Van Mierlo’s opvolger Jan Terlouw bij de Tweede Kamerverkiezingen van 26 mei 1981 zeventien Tweede Kamerzetels – een record. Na teleurstellende resultaten in het tweede en derde kabinet-Van Agt viel de partij bij de Tweede Kamerverkiezingen van 8 september 1982 weer ver terug.
Bij de Tweede Kamerverkiezingen van 25 mei 1977, de eerste met Terlouw als lijsttrekker, behaalde de partij acht zetels – een goed resultaat voor een partij die drie jaar eerder nog over haar eigen opheffing had gestemd. Met de nieuwe slogan ‘Het redelijk alternatief’ claimde D66 een eigen positie in het politieke spectrum, als vierde stroming naast christendemocratie, sociaaldemocratie en liberalisme. De nieuwe koers sloeg aan, want na vier jaar oppositie voeren tegen het eerste kabinet-Van Agt van CDA en VVD werden bij de Tweede Kamerverkiezingen van mei 1981 maar liefst zeventien zetels behaald.
Opvallend aan de verkiezingsuitslagen in die jaren was de groeiende aanhang van D66 buiten de grootstedelijke gebieden. Zo was er in 1981 in Twente, de Achterhoek, Zeeuws-Vlaanderen en delen van Brabant een toename van meer dan 150 procent van de stemmen ten opzichte van de Tweede Kamerverkiezingen van vier jaar daarvoor. Voor Limburg en Oost-Groningen lag dit percentage zelfs boven de 250 procent.
Op basis van de succesvolle verkiezingsuitslag van 1981 trad D66 toe tot de regering. De Democraten hadden tijdens de campagne een coalitie met CDA en VVD uitgesloten. Daardoor was er eigenlijk geen andere mogelijkheid dan een tweede kabinet-Van Agt bestaande uit CDA, PvdA en D66. Terlouw werd minister van Economische Zaken en vicepremier. Van Mierlo kreeg het ministerie van Defensie onder zijn hoede. Verkeer en Waterstaat viel ten deel aan Henk Zeevalking. Door de moeizame verhoudingen tussen CDA-leider Dries van Agt en PvdA-leider Joop den Uyl, waar sterk uiteenlopende opvattingen over bezuinigingsmaatregelen bijkwamen, viel het kabinet al binnen een jaar. D66 vormde daarna tijdelijk samen met het CDA een rompkabinet met Van Agt als premier, dat de vervroegde Tweede Kamerverkiezingen moest voorbereiden.
Het verder regeren zónder de traditionele progressieve partner PvdA, maar ook de onzichtbaarheid van de partij in een coalitie met twee grotere partijen, kwam D66 op veel kritiek te staan. Een electorale afstraffing volgde: bij de Provinciale Statenverkiezingen van 24 maart 1982 werd slechts acht procent van de stemmen gehaald en bij de gemeenteraadsverkiezingen van 2 juni 1982 zelfs slechts vier procent. Dieptepunt waren de Tweede Kamerverkiezingen van 8 september 1982: van de zeventien zetels bleven er slechts zes zetels over. Na de nederlaag verliet Terlouw de politiek. Onder zijn opvolger als fractievoorzitter Maarten Engwirda werd de weg omhoog niet gevonden. Het rommelde binnen de partij; er was ontevredenheid over de partijkoers. Bij de Europese verkiezingen van 14 juni 1984 werd maar twee procent van de stemmen gehaald, waarmee D66 haar twee zetels in het Europees Parlement kwijt raakte.
