A la Chambre haute, il s’inscrit au groupe de la gauche républicaine. Elu secrétaire en janvier 1887, il est rapporteur général du budget, à la commission des finances, lorsque, dans le premier ministère constitué après l’élection du président de la République Sadi Carnot, dans le cabinet de Pierre Tirard, il est chargé du portefeuille des Travaux publics.
De retour au Palais du Luxembourg en avril 1888, il est appelé par le président Carnot à la présidence du Conseil, responsabilité qu’il exerce de février à novembre 1892.
Ministre de l’intérieur dans le cabinet Ribot, l’affaire du Panama conduit à son remplacement le 1er janvier 1893. Emile Loubet reprend son siège au Sénat et redevient président de la commission des finances.
Le 18 février 1906 Emile Loubet, premier président de la République à accomplir un septennat complet, transmet ses pouvoirs à Armand Fallières.