Từ 08/1996 - 01/1997: Đào tạo nghiệp vụ tại Đại học An ninh (nay là Học viện An ninh) - Bộ Công an.
Từ 09/1999 - 09/2001: Đào tạo lý luận chính trị cao cấp tại trường Đảng cao cấp (nay là Học viện Chính trị Quốc gia Hồ Chí Minh).
Từ 05/1999 - 05/2006: Phó Cục trưởng; Quyền Cục trưởng rồi Cục trưởng Cục Tình báo kinh tế - khoa học công nghệ và môi trường, Tổng cục Tình báo, Bộ Công an.
Từ 05/2006 - 12/2009: Phó Tổng cục trưởng Tổng cục Tình báo phụ trách tình báo kinh tế-khoa học, công nghệ và môi trường, thuộc Bộ Công an.
Từ 12/2009 - 08/2010: Phó Tổng cục trưởng phụ trách rồi Tổng cục trưởng Tổng cục Hậu cần - Kỹ thuật, Bộ Công an.
Từ 08/2010 - 08/2011: Ủy viên Đảng ủy Công an Trung ương, Thứ trưởng Bộ Công an phụ trách lĩnh vực hậu cần - kỹ thuật, tài chính, khoa học, công nghệ, môi trường của Bộ Công an. Tại Đại hội Đại biểu toàn quốc lần thứ XI của Đảng được bầu vào Ban Chấp hành Trung ương Đảng.
Từ 08/2011 - 02/2015: Ủy viên Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XI, Bí thư Tỉnh ủy Quảng Ninh, Bí thư Đảng ủy Quân sự tỉnh Quảng Ninh, Ủy viên Đảng ủy Quân khu 3 - Bộ Quốc phòng.
Từ 02/2015 - 01/2016: Ủy viên Ban Chấp hành Trung ương Đảng, Phó trưởng Ban Tổ chức Trung ương. Tại Đại hội Đại biểu toàn quốc lần thứ XII của Đảng được bầu vào Ban Chấp hành Trung ương Đảng và được Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XII bầu là Ủy viên Bộ Chính trị.
Từ 02/2016 đến 04/2021: Ủy viên Bộ Chính trị, Bí thư Trung ương Đảng, Trưởng Ban Tổ chức Trung ương khóa XII, Trưởng Tiểu ban Bảo vệ chính trị nội bộ Trung ương khóa XII; phụ trách Đảng bộ Khối các cơ quan Trung ương và Ban Bảo vệ, chăm sóc sức khỏe cán bộ Trung ương; Ủy viên Ban Chỉ đạo Trung ương về phòng, chống tham nhũng; Đại biểu Quốc hội khóa XIV; Chủ tịch Nhóm nghị sỹ hữu nghị Việt Nam - Nhật Bản của Quốc hội khóa XIV.
Tại Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIII, được bầu tái cử Ban Chấp hành Trung ương Đảng và được Ban Chấp hành Trung ương Đảng bầu tái cử Bộ Chính trị khóa XIII.
Từ 05/04/2021: Tại kỳ họp thứ 11, Quốc hội khóa XIV, được bầu làm Thủ tướng Chính phủ nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam