Ngày 4 tháng 8 năm 2016, bà nhận được phê chuẩn của Ủy ban Thường vụ Quốc hội giữ chức vụ Trưởng Đoàn đại biểu Quốc hội tỉnh Đồng Nai khóa 14 nhiệm kì 2016-2021.[7]

Buổi tiếp xúc cử tri của bà sau kì họp thứ hai của Quốc hội Việt Nam khóa 14 vào ngày 26 tháng 11 năm 2016 nhận được sự hài lòng của cử tri.[8]

Bị đề nghị bãi nhiệm đại biểu Quốc hội

Trong các buổi tiếp xúc cử tri của đoàn đại biểu Quốc hội (ĐBQH) Đồng Nai vào tháng 10 năm 2017,rất nhiều người đòi bãi nhiệm tư cách đại biểu Quốc hội (ĐBQH) đối với bà Phan Thị Mỹ Thanh - Trưởng Đoàn ĐBQH, Phó Bí thư Tỉnh ủy Đồng Nai, vì các vi phạm luật phòng chống tham nhũng, vi phạm quy định về những điều đảng viên không được làm.[9]

Từ chức Đại biểu Quốc hội

Ngày 7 tháng 5 năm 2018, bà Phan Thị Mỹ Thanh nộp đơn từ chức đại biểu Quốc hội lên Ban Công tác đại biểu Quốc hội Việt Nam.[10]

Cho thôi nhiệm vụ Đại biểu Quốc hội

Ngày 14 tháng 5 năm 2018, Ủy ban thường vụ Quốc hội Việt Nam khóa XIV đã có nghị quyết cho thôi nhiệm vụ đại biểu Quốc hội đối với bà Phan Thị Mỹ Thanh, căn cứ theo quy định của pháp luật, đề nghị của Ban Bí thư Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam, ý kiến của Mặt trận Tổ quốc Việt Nam, cử tri và đơn từ chức của bà Thanh với lí do sức khỏe kém.[11] Trước đó, bà Thanh bị Ban Bí thư đề nghị bãi nhiệm chức vụ đại biểu Quốc hội. Tuy nhiên, sau khi bà có đơn từ chức, đồng thời có sự đồng tình của đoàn đại biểu Quốc hội tỉnh Đồng Nai, ban thường vụ Ủy ban Trung ương Mặt trận Tổ quốc Việt Nam và Ủy ban Mặt trận Tổ quốc tỉnh Đồng Nai, Ban Bí thư đã thương lượng lại và đồng ý cho bà thôi nhiệm vụ đại biểu với lí do sức khỏe kém chứ không bãi nhiệm.[12]