В сентябре 2000 г. Миронов был избран председателем политсовета нового регионального политического общественного движения «Воля Петербурга», в которое вошли доверенные лица Владимира Путина на президентских выборах марта 2000 г. и члены его избирательного штаба.
В июне 2001 г. Миронов был избран представителем Законодательного собрания Санкт-Петербурга в Совете Федерации РФ. По данным журнала «Эксперт», во время избрания Миронова представителем ЗакС Петербурга в СФ Игорь Сечин и Виктор Иванов оказывали давление на тогдашнего губернатора Санкт-Петербурга Владимира Яковлева[77].
В 2001 г. сам Миронов заявил, что давно дружит с питерцем Игорем Сечиным, и встречается с ним всякий раз, когда тот приезжает в Санкт-Петербург [78]
С июня 2001 г. — член комитета Совета Федерации по конституционному законодательству и судебно-правовым вопросам, член комиссии по регламенту и парламентским процедурам. Вступил в группу «Федерация», созданную членами Совета Федерации, претендовавшими на представительство интересов президента Путина в верхней палате Федерального собрания.
5 декабря 2001 г. Миронов был избран председателем Совета Федерации РФ.
По должности стал постоянным членом Совета безопасности РФ.
Сразу после своего избрания заявил, что считает необходимым увеличить срок полномочий президента РФ с четырех лет до семи. Однако Владимир Путин заявил, что не поддерживает эту идею.
В феврале 2002 г. был избран председателем Межпарламентской ассамблеи стран СНГ.
В апреле — июне 2002 г. Миронов стал одним из организаторов Российской партии жизни, в которую формально вступил только в феврале 2003 г. В апреле 2003 г. занял в РПЖ все руководящие посты — председателя партии, председателя общенационального совета и председателя президиума совета. В августе 2011 г. бывший заместитель начальника управления внутренней политики администрации президента России Алексей Чеснаков заявил, что идея создания партии родилась в администрации президента РФ в начале 2002 г.; Путин идею одобрил и подобрал для партии руководителя, которым стал Сергей Миронов[79].
В марте 2002 г. Миронов вызвал международный скандал, объявив во время визита в Израиль об отмене намеченной на следующий день поездки в Рамаллу для встречи с Ясиром Арафатом. Миронов не согласовал этот шаг с МИДом России.
В январе 2003 г. новый состав Законодательного Собрания Санкт-Петербург вновь избрал Миронова своим представителем в Совете Федерации. В январе 2003 г. был вновь избран председателем Совета Федерации РФ.
В декабре 2003 г. баллотировался в депутаты Государственной думы по общефедеральному списку избирательного блока Партии возрождения России и Российской партии жизни (№ 2 в общефедеральной части списка). На выборах блок получил 1,9 процента голосов избирателей и не преодолел избирательный барьер.
В январе 2004 г. съезд Российской партии жизни выдвинул Миронова кандидатом в президенты РФ.
В марте 2004 г. на выборах президента РФ Миронов занял последнее, шестое место, набрав 0,8 процента голосов избирателей.
На посту председателя СФ Миронов блокировал признание палатой полномочий неугодных ему сенаторов (не передавал их документы в мандатную комиссию) — Г.Томчина, И.Кошина, Ю.Аверьянова, А.Ушамирского. По поводу Ушамирского, делегированного в СФ от Самарской Губернской думы еще летом 2005 г., Сергей Миронов сказал «Независимой газете» в марте 2007: «Я его не пускал и не пущу!». Нечто симметричное происходило и с прекращением полномочий некоторых сенаторов: Галина Буслова оставалась в СФ около двух лет с тех пор, как Амурский облсовет избрал ей замену. В течение этого времени С.Миронов направлял законодательным органам других регионов предложения выдвинуть её в состав СФ.
В декабре 2004 г. по инициативе Миронова были приняты поправки к закону, существенно расширяющие полномочия председателя Совета Федерации. Они наделяли его правом инициировать вопрос о досрочном прекращении полномочий членов палаты, а также предусматривали, что полномочия члена Совета Федерации начинаются только после утверждения его кандидатуры верхней палатой.
12 мая 2006 г. направил в законодательные органы Приморья, Хакасии, Ненецкого и Ямало-Ненецкого автономных округов представления об отзыве сенаторов Игоря Иванова, Александра Сабадаша, Аркадия Саркисяна и Бориса Гутина в рамках антикоррупционной кампании. Приморские и ямальские парламентарии согласились, хакасские отказались, а у Сабадаша кончился срок полномочий.
В августе 2006 г. Российская партия жизни, партия «Родина» и Российская партия пенсионеров объявили об объединении, а также о том, что новая партия будет находиться в оппозиции к партии «Единая Россия». На сайте РПЖ была опубликована стенограмма встречи партактива с заместителем руководителя администрации президента РФ Владиславом Сурковым, который объяснил партийцам, зачем им нужно объединяться: «Нет у общества "второй ноги", на которую можно переступить, когда затекла первая. В России нужна вторая крупная партия»[80].