Le , il est nommé ministre des Technologies de l'information et des Communications dans le gouvernement Filat II et le demeure dans les suivants jusqu'en .
Le , il est nommé Premier ministre par le président Nicolae Timofti après l'échec de Ion Sturza d'obtenir l'investiture par le Parlement. Le , il est lui-même investi avec 57 voix.
Lors des élections législatives du , le PAS se présente avec la Plateforme vérité et dignité (DA) dans l'alliance Acum (« maintenant ») qui termine à la troisième place en obtenant 26,84 % des voix et 26 sièges de députés. Après plus de trois mois de tractations infructueuses pour constituer un nouveau cabinet, un accord est passé le suivant entre le PSRM et ACUM pour former un nouveau gouvernement avec Maia Sandu comme Première ministre[1]. Le lendemain cependant, la Cour constitutionnelle conteste le processus et suspend le président Igor Dodon de ses fonctions pour les transférer au Premier ministre sortant Pavel Filip[2]. Ce dernier annonce alors la dissolution du Parlement et de nouvelles élections pour le suivant[3]. Le , le président Dodon annule la dissolution du Parlement[4]. Le , Filip annonce la démission du gouvernement mais continue de réclamer des législatives anticipées[5].