從上世紀50年代后期到70年代中期，萬里在北京市工作。1958年3月至1966年10月，萬里任中共北京市委書記處書記，其中1958年8月至1966年6月任北京市副市長。1959年9月至1977年11月，萬里任北京第二至四屆政協副主席。
1973年5月，萬里擔任中共北京市委書記、市革委會副主任，直至1975年1月被任命為鐵道部部長，輕工業部第一副部長。
1977年6月，萬里調任中共安徽省委第一書記，并于1978年1月至1979年12月擔任安徽省革委會主任。
1980年4月萬里調任任國務院副總理。1980年8月至1982年5月，萬里兼任國家農委主任，1980年9月，在中共十一屆五中全會上，萬里當選為中央書記處書記。1982年后，萬里兼任中央綠化委員會主委，國務院退伍軍人和軍隊離休退休干部安置領導小組組長，中央五講四美三熱愛活動委員會主任，全國農業區劃委員會主任，中國網球協會名譽主席，同年當選為中共第十二屆中央政治局委員，中央書記處書記。
