Après avoir envisagé de se présenter en indépendant en 2012, il est candidat à la Chambre des représentants des États-Unis dans le 6e district du Massachusetts lors des élections de 2014[3]. Durant la primaire démocrate, il affronte le représentant sortant John F. Tierney(en), dont la femme a été touchée par un scandale de jeu d'argent illégal en 2012. Arrivant à lever d'importants fonds, il reçoit le soutien du Boston Globe et du Boston Herald et se rapproche de Tierney dans les sondages[4]. Il remporte la primaire démocrate avec 51 % des voix contre 40 % pour le représentant sortant. En 2012, Tierney avait remporté l'élection de justesse face au républicain Richard Tisei(en) alors que Barack Obama rassemblait 55 % des voix dans le district[2]. Moulton est élu représentant avec 55 % des suffrages contre 41,1 % pour Tisei[5].
Il est candidat à un deuxième mandat en 2016 et ne rencontre pas d'opposant dans la primaire démocrate[6].