Kiprahnya menjadi bupati bermula setelah dirinya terpilih pada Pilkada 2008 dengan menjadikan Dudung Bachtiar Supardi sebagai wakilnya di pemerintahan.
Pada pemilu selanjutnya, ia kembali terpilih untuk masa jabatan kedua periode 2013–2018.
Sebelum diangkat menjadi bupati, Dedi terlebih dahulu berkarier sebagai wakil bupati dan legislator di Dewan Perwakilan Rakyat Daerah Kabupaten Purwakarta pada 1999 hingga pengunduran dirinya seusai terpilih menjadi Wakil Bupati Purwakarta.
Secara demokratis, Dedi diaklamasikan menjadi Ketua Dewan Pimpinan Daerah Partai Golongan Karya Jawa Barat untuk masa bakti 2016–2020 menggantikan posisi Irianto Syafiuddin.
Baca Juga:Video Momen Dedi Mulyadi Turun dari Mobil: Naik Motor Patwal Tanpa Helm Berujung Kena Tilang
Pada saat Pilgub Jabar 2018, ia diusung oleh partainya, Golkar, untuk menjadi calon Wakil Gubernur Jawa Barat mendampingi wakil gubernur petahana yang juga kader Partai Demokrat, Deddy Mizwar.
Pada saat Pilgub Jabar 2024 Dedi yang sudah pindah partai ke Gerindra kembali dicalonkan menjadi calon gubernur yang diusung oleh Koalisi Indonesia Maju dimana dalam koalisi tersebut terdapat Partai Golkar, partainya terdahulu.
Dedi berpasangan dengan Erwan Setiawan. Di tahun 2025 pada tanggal 20 Februari, Dedi-Erwan resmi menjadi Gubernur dan Wakil Gubernur Jawa Barat.
