Membre de la Ligue des droits de l'homme, il fut élu député socialiste indépendant, dans le 5e arrondissement de Paris. Réélu à trois reprises, il se présenta avec succès dans l'Ain, en 1928, où il fut reconduit en 1932.
En 1908, passager de l’aviateur Wilbur Whright (1867-1912), il avait parcouru quelques 80 kilomètres. Depuis, son intérêt pour l’aéronautique n’avait pas fléchi et, rare théoricien de l'aviation naissante, il obtint du Parlement, en 1910, le vote des premiers crédits pour l'achat d'avions.
Dès le début de la Première Guerre mondiale, il créa les Service des inventions pour les besoins de la défense nationale.
Président du Conseil et ministre de la Guerre (1917), il réorganisa l’armée et remplaça Nivelle par Pétain, ce qui eut pour effet de faire cesser les mutineries.
Réélu député en 1919, il anima la ligue de la République en 1921-1922, puis participa au Cartel des Gauches dont il fut l'un des inspirateurs. Après la victoire du Cartel, il présida la Chambre à partir du 1924, jusqu'à sa candidature à la présidence de la République, après la démission d'Alexandre Millerand. Battu par Gaston Doumergue, il fut réélu président de la Chambre puis nommé président du Conseil.
Ministre de la Guerre (nov. 1925-oct.1929), sous son mandat le service militaire fut ramené à un an, et la construction de la Ligne Maginot fut décidée. Ministre de l'Air (ministère créé en 1932), de fin 1930 à début 1933, il restait par ailleurs soucieux du développement intellectuel et civique de la jeunesse. A ce titre, il fut membre fondateur des Patronages laïcs de France et du Cercle populaire d’enseignement laïc qui assuraient la distraction et la formation des jeunes gens pendant leurs congés scolaires.
Ayant perçu de façon très précoce les dangers de la montée du fascisme en Europe et les conséquences de l’extension de la crise pour la démocratie et la paix, il peut parfois apparaître comme l’un des premiers antifascistes français.
A sa mort, le Parlement décida de son inhumation au Panthéon. Décision qui ne pouvait que satisfaire son égo, puisque de son vivant, pris en flagrant délit de manque de modestie, il avait exprimé le vœu d’y reposer.