В 1989 г. участвовал в операции по обезвреживанию многодетной семьи Овечкиных, захвативших самолет Иркутск — Ленинград и требовавших доставить их в Лондон.
Депутат Ленинградского областного Совета последнего созыва (1990–1993).
С октября 1992 по 1999 гг. — начальник Санкт-Петербургского городского управления налоговой полиции.
В 1993 г. был избран президентом Федерации баскетбола Санкт-Петербурга.
В декабре 1998 г. баллотировался в Законодательное Собрание Санкт-Петербурга по избирательному округу № 43. Всего в округе выдвинулись 17 кандидатов, в том числе Борис Грызлов и президент Петербургской топливной компании (ПТК) Андрей Степанов. Проиграл в первом туре 6 декабря 1998 г. (в первом туре лидировали Валерий Назаров от «Яблока» и Геннадий Канатников от КПРФ, во втором туре 20 декабря победил В.Назаров).
5 июля 1999 г. указом президента был назначен полномочным представителем президента РФ в Ленинградской области (сменил Федора Шкруднева).
18 мая 2000 г. указом президента был назначен полномочным представителем президента РФ в Центральном федеральном округе.
В октябре 2000 г. усилиями Полтавченко был снят с губернаторских выборов в Курской области губернатор Александр Руцкой. Одним из двух кандидатов — инициаторов судебного иска о лишении А.Руцкого регистрации был генерал-майор ФСБ Виктор Суржиков — главный федеральный инспектор в Курской области, непосредственный подчиненный и протеже Полтавченко. Однако по итогам первого тура лидировал не Суржиков, а 1-й секретарь Курского обкома КПРФ, депутат Государственной думы Александр Михайлов, получивший 39,52 % голосов (Суржиков — только 21,58 %; «против всех кандидатов» — 12,26 %), который и победил во втором туре (55,54 %).
С начала 2002 г. — член попечительского совета фонда «Центр национальной славы России» (председатель попечительского совета — В.Якунин). Член попечительского совета фонда Андрея Первозванного.
В мае 2002 г. вошел в состав попечительского совета по возрождению Спасо-Преображенского Валаамского монастыря (председатель совета — Патриарх Алексий II).
В мае 2003 г., за две недели до собрания акционеров РАО «ЕЭС России», на котором должен был избираться новый совет директоров, Полтавченко разослал губернаторам подведомственного округа письма с призывом отдать свои голоса ярому противнику Анатолия Чубайса замминистра энергетики Виктору Кудрявому.
В конце 2002 — начале 2003 гг. во время споров о введении в школах курса «Основы православной культуры», неоднократно высказывался в пользу введения такого предмета на факультативных началах.
Летом 2007 г. уговаривал депутата Мосгордумы Евгения Бунимовича, чтобы фракция «Яблоко» не голосовала за переутверждение Лужкова мэром Москвы.
4 ноября 2008 г. кортеж автомобилей, в составе которого из Суздаля во Владимир ехал лимузин Г.Полтавченко, стал участником дорожно-транспортного происшествия: ехавшие навстречу «Жигули» не сумели прижаться к обочине и столкнулись с последним автомобилем сопровождения; водитель «Жигулей» погиб.
22 августа 2011 г. губернатор Санкт-Петербурга В.Матвиенко была избрана депутатом муниципального совета округа Красненькая речка и подала в отставку с поста губернатора, чтобы быть делегированной от Санкт-Петербурга в Совет Федерации и стать его председателем. В тот же день президент Медведев назначил Полтавченко временно исполняющим обязанности губернатора Санкт-Петербурга.
27 августа 2011 г. Единая Россия предложила на пост губернатора Петербурга трех кандидатов — полпреда президента в Ц.ФО Георгия Полтавченко, вице-губернатора Михаила Осеевского и спикера городского Заксобрания Вадима Тюльпанова.
31 августа 2011 г. Законодательным Собранием Санкт-Петербурга был наделён полномочиями губернатора Санкт-Петербурга. Его кандидатуру поддержали 37 депутатов, воздержались от голосования 5, против — 0.
С 2011 г. вместе с Артуром Чилингаровым и рядом известных хоккеистов входит в попечительский совет международного турнира по хоккею с шайбой Arctic Cup.
24 сентября 2014 г. на досрочных выборах губернатора Санкт-Петербурга Полтавченко получил 79,3 % голосов и сохранил за собой должность. Выборы были фактически безальтернативными, поскольку главный оппозиционный кандидат — Оксана Дмитриева, представитель партии «Справедливая Россия». - не смогла преодолеть муниципальный фильтр.
Председатель попечительского совета Российского Афонского общества. Член попечительского совета Центра проблемного анализа и государственно-управленческого проектирования (председатель — Владимир Якунин). Член попечительского совета ФСО «Динамо».
Генерал-лейтенант налоговой полиции.
Кандидат экономических наук (2004). Диссертации по тематике «Механизмы взаимодействия государства и предпринимательства в условиях обеспечения экономической безопасности».
В мае 2013 г., в соответствии с экспертизой, выполненной сообществом «Диссернет», был уличён в некорректном цитировании при написании кандидатской диссертации.
Награжден орденами Александра Невского (2014), Почета, «За заслуги перед Отечеством» III (2008) и IV степеней (2003).