Năm 1954 ông được cử tham gia Đảng ủy Đảng Cộng sản Việt Nam tiếp quản Hà Nội, đặt dưới sự lãnh đạo trực tiếp của Bộ Chính trị và Ban Bí thư. Đảng ủy tiếp quản gồm 11 người: Trần Quốc Hoàn, Trần Danh Tuyên, Lê Trung Toản, Lê Quốc Thân, Vương Thừa Vũ, Khuất Duy Tiến, Trần Duy Hưng, Trần Sâm, Minh Việt, Nguyễn Tài, Quang Nghĩa.

Tháng 11 năm 1954 ông được cử làm Phó Chủ tịch Ủy ban Hành chính thành phố Hà Nội.[1]

Sau đó ông làm Bí thư Thành ủy Hà Nội (1955 - 1961), Phó Chủ tịch Ủy ban hành chính TP Hà Nội, kiêm chức Chủ nhiệm Ủy ban Kế hoạch Hà nội (1955 - 1956).

Từ năm 1960 đến năm 1976, ông là Ủy viên Dự khuyết Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam khóa III (1960-1976).[2]

Sau đó ông đảm nhận các chức vụ: Phó trưởng Ban Công nghiệp Trung ương (1961).

Ông là đại biểu Quốc hội Việt Nam liên tục từ khóa I đến khóa VI, Ủy viên Ủy ban thống nhất của Quốc hội vào năm 1963. Ủy viên Ủy ban Thường vụ Quốc hội, Chủ nhiệm Uỷ ban Kế hoạch và ngân sách Quốc hội khóa III (1964 – 1967). Ngày 22-2-1967 Trần Danh Tuyên thôi giữ chức Ủy viên Ủy ban Thường vụ Quốc hội và Chủ nhiệm Ủy ban Kế hoạch và Ngân sách Quốc hội để nhận nhiệm vụ mới ở Hội đồng Chính phủ.

Từ 22 tháng 2 năm 1967 đến tháng 12 năm 1969, là Chủ nhiệm Văn phòng Công nghiệp Phủ Thủ tướng.[3] Ngày 11-8-1969 Trần Danh Tuyên thôi giữ chức Chủ nhiệm Văn phòng Công nghiệp Phủ Thủ tướng để giữ chức Bộ trưởng Bộ Vật tư. Ông là Bộ trưởng đầu tiên của Bộ Vật tư (nay là Bộ Công thương) (1969 – 1976),[4] Phó Trưởng ban Đối ngoại Trung ương, Chủ tịch Ủy ban Đoàn kết Nhân dân Á-Phi của Việt Nam.