parlamento dışında kaldılar. 22 Nisan 1999 tarihinde alınan seçim sonuçları nedeniyle istifa eden Baykal, 30 Eylül 2000 tarihinde Ankara'da toplanan Cumhuriyet Halk Partisi 11. Olağanüstü Kurultayında yeniden seçilerek üçüncü kez CHP Genel Başkanı oldu.
3 Kasım 2002 Türkiye genel seçimlerinde CHP %19,4 oyla 177 milletvekili kazanarak TBMM'ye girdi. Deniz Baykal Antalya milletvekili seçilmişti. Baykal, 22.Dönem TBMM'de Ana muhalefet partisi genel başkanı olarak görev yaptı. 2003 Ekim ayında 30.Kurultayda tekrar genel başkanlığa seçildi. 2004 Temmuz ayında muhaliflerden Mustafa Sarıgül'e karşı olağanüstü kurultayda güvenoyu aldı.
29 Ocak 2005'te yapılan CHP Olağanüstü Kurultayı'nda, rakibi Mustafa Sarıgül'ü yenerek genel başkanlık görevine devam etti. 19-20 Kasım'da toplanan 31. Olağan Kurultayda 1158 oyun tamamını alarak tekrar genel başkanlığa seçildi. 2007 seçimlerinden önce CHP'nin de içinde bulunduğu sol ittifakı, 22 Temmuz 2007'de yapılan Genel Seçimleri'nde %20,8 oy aldı. Deniz Baykal 26 Nisan 2008'de yapılan CHP 32. Olağan Kurultayı'nda 1231 delegeden 1021'inin oyunu alarak tekrar genel başkan seçildi. 10 Mayıs 2010 tarihinde genel başkanlık görevinden istifa ettiğini açıkladı.
Deniz Baykal, 2011 ve Haziran 2015 genel seçimlerinde CHP'den Antalya milletvekili seçildi. 2015 genel seçimlerinden sonra meclisin en yaşlı üyesi sıfatıyla 23 Haziran 2015 günü 25. Dönemin ilk oturumunu açtı ve yeni TBMM Başkanı İsmet Yılmaz seçilene kadar Meclis Başkanlığına vekalet etti. 24 Haziran 2015 tarihinde Cumhuriyet Halk Partisi tarafından 30 Haziran 2015'te yapılan TBMM başkanlık seçimleri için TBMM başkan adayı olarak gösterildi.Seçimde 1. turda 125, 2. turda 128, 3. turda 129 ve 4. turda 182 oy alarak seçimi kaybetti. Son turdaki rakibi İsmet Yılmaz 258 oy ile 1. olup 26. TBMM Başkanı oldu.1 Kasım 2015 tarihinde yapılan erken seçimlerde CHP'den Antalya milletvekili seçildi. Yine bu seçimlerden sonra meclisin en yaşlı üyesi sıfatıyla yeni başkan seçilene kadar oturumları yönetti.
