W 2000 powrócił do działalności politycznej. Jako kandydat niezależny wystartował w wyborach prezydenckich. W pierwszej turze zajął 2. miejsce z poparciem 17,3% wyborców (3 044 141 głosów)Obwieszczenie Państwowej Komisji Wyborczej z dnia 9 października 2000 r. o wynikach głosowania i wyniku wyborów Prezydenta Rzeczypospolitej Polskiej, zarządzonych na dzień 8 października 2000 r. ().. Przegrał z Aleksandrem Kwaśniewskim, który uzyskał już w pierwszej turze reelekcję.
Po wyborach pojawiły się propozycje stworzenia wokół jego osoby nowego centroprawicowego ugrupowania liberalnego z udziałem m.in. Unii Wolności. Ostatecznie w styczniu 2001 utworzono ruch polityczny pod nazwą Platforma Obywatelska, na czele którego obok Andrzeja Olechowskiego stanęli Maciej Płażyński z AWS i Donald Tusk z UW. Sam nie zdecydował się na start w wyborach parlamentarnych w 2001. 27 października 2002 wziął udział z ramienia PO w wyborach na stanowisko prezydenta Warszawy. Uzyskał 13,47% głosów, został wyprzedzony przez Lecha Kaczyńskiego (PiS) i Marka Balickiego (SLD-UP), nie wchodząc w konsekwencji do drugiej tury. W 2004 został przewodniczącym rady programowej PO, później krytykował postawę Jana Rokity odnośnie do traktatu nicejskiego.