In de herfst van 2018 had Alexander Pechtold zich teruggetrokken als partijleider van D66. Hij werd als fractievoorzitter opgevolgd door Rob Jetten. Aanvankelijk leek die zich te zullen kandideren voor het lijsttrekkerschap voor de Tweede Kamerverkiezingen van maart 2021. Hij profileerde zich onder meer in zijn Kerdijklezing in maart 2019, door de koers van D66 na jaren van liberalisering onder Pechtold naar links te verleggen. Jetten zag uiteindelijk af van een kandidatuur omdat hij vond ‘dat er een betere kandidaat [was]’. Daarmee doelde hij op Sigrid Kaag, minister van Buitenlandse Handel en Ontwikkelingssamenwerking in het derde kabinet-Rutte, die zich in juni 2020 kandidaat had gesteld voor het lijsttrekkerschap. In de online lijsttrekkersverkiezingen, waarvan de uitslag op 5 september bekend werd gemaakt, behaalde zij 95,7 procent van de stemmen. Tegenkandidaat Ton Visser kreeg 3,1 procent; de rest van de stemmen was blanco.
In de aanloop naar de Tweede Kamerverkiezingen van 17 maart 2021 voerde Kaag campagne onder de leus ‘Nieuw leiderschap’. Ze gaf te kennen de eerste vrouwelijke premier van Nederland te willen worden. D66 behaalde 24 zetels, een evenaring van het record in 1994. Daarmee werd D66 de tweede partij van het land – achter de VVD, die daarmee als eerste in aanmerking kwam om de nieuwe premier te leveren. De daaropvolgende kabinetsformatie verliep uiterst moeizaam, mede doordat Kaag begin april een motie van afkeuring tegen VVD-leider Mark Rutte had gesteund. Niettemin kwam er uiteindelijk een regeringscoalitie tot stand van VVD, CDA, ChristenUnie en D66. Dit vierde kabinet-Rutte ging op 10 januari 2022 van start. Zo'n anderhalf jaar later, op 7 juli 2023, kwam het ten val als gevolg van verschil van mening over het asielbeleid. Wat later maakte Kaag bekend dat zij zich niet opnieuw kandidaat zou stellen voor de Tweede Kamer. In augustus kozen de partijleden Jetten tot lijsttrekker van D66 bij de vervroegde Tweede Kamerverkiezingen in november 2023.
