หลังจากได้รับการแต่งตั้งเป็นผู้บัญชาการทหารบกใน พ.ศ. 2553 พลเอก ประยุทธ์ มีลักษณะเป็นผู้นิยมกษัตริย์และเป็นฝ่ายตรงข้ามกับทักษิณ ชินวัตร อดีตนายกรัฐมนตรี[7] พลเอก ประยุทธ์ ถือเป็นสายแข็งในกองทัพ เขาเป็นหนึ่งในผู้นำการปราบปรามของทหารต่อการชุมนุมของกลุ่มคนเสื้อแดงในเดือนเมษายน พ.ศ. 2552 และเดือนเมษายนถึงเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2553[8][9] ต่อมาเขามุ่งวางตนเป็นกลาง โดยพูดคุยกับญาติผู้ประท้วงที่เสียชีวิตในเหตุการณ์[10] และร่วมมือกับรัฐบาลยิ่งลักษณ์[11] ซึ่งชนะการเลือกตั้งในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2554 ระหว่างวิกฤตการณ์การเมืองซึ่งเริ่มในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2556 ต่อรัฐบาลยิ่งลักษณ์ เขาอ้างว่ากองทัพเป็นกลาง[12] และจะไม่รัฐประหาร ทว่า เมื่อวันที่ 22 พฤษภาคม พ.ศ. 2557 พลเอก ประยุทธ์ ก่อรัฐประหาร[13] สุเทพ เทือกสุบรรณเปิดเผยว่า ตนกับประยุทธ์วางแผนโค่นทักษิณด้วยตั้งแต่ พ.ศ. 2553[14]
วันที่ 21 สิงหาคม พ.ศ. 2557 สภานิติบัญญัติแห่งชาติมีมติเอกฉันท์เลือกเขาเป็นนายกรัฐมนตรี ซึ่งสมาชิกสภานั้นถูก คสช. เลือกมาทั้งหมด[15] คสช. สั่งปราบปรามผู้เห็นแย้ง ห้ามการอภิปรายสาธารณะเกี่ยวกับประชาธิปไตยและการวิจารณ์รัฐบาล จำกัดเสรีภาพในการแสดงออกในประเทศไทยอย่างหนัก[16] ใน พ.ศ. 2562 รัฐสภาลงมติเลือกเขาเป็นนายกรัฐมนตรีอีกสมัย ในวาระที่สอง เขาถูกวิจารณ์ในเรื่องการจัดการกับผลกระทบของโควิด-19 การกู้เงินจำนวนมาก ตลอดจนการละเมิดสิทธิมนุษยชนต่าง ๆ
ในการเลือกตั้ง พ.ศ. 2562 พรรคพลังประชารัฐเสนอชื่อพลเอก ประยุทธ์ เป็นนายกรัฐมนตรี เขาได้รับคะแนนไว้วางใจเกินกึ่งหนึ่งของรัฐสภา จึงได้เป็นนายกรัฐมนตรีสมัยที่ 2 แต่ต่อมาในเดือนมกราคม พ.ศ. 2566 เขาได้ย้ายไปสมัครเป็นสมาชิกพรรครวมไทยสร้างชาติ โดยได้รับการแต่งตั้งเป็นประธานคณะกรรมการกำหนดแนวทางและยุทธศาสตร์ของพรรค และเป็นผู้ได้รับเสนอชื่อให้รัฐสภาพิจารณาให้ความเห็นชอบเป็นนายกรัฐมนตรีในบัญชีของพรรคในการเลือกตั้งปีดังกล่าว ก่อนจะประกาศวางมือทางการเมืองในเดือนกรกฎาคมปีเดียวกัน และสิ้นสุดการปฏิบัติหน้าที่นายกรัฐมนตรีในเดือนกันยายน ต่อมาเมื่อวันที่ 29 พฤศจิกายน พระบาทสมเด็จพระวชิรเกล้าเจ้าอยู่หัวมีพระบรมราชโองการโปรดเกล้าฯ แต่งตั้งให้พลเอก ประยุทธ์ ดำรงตำแหน่งองคมนตรี[17][18]