5 квітня 2014 став заступником так званого «народного губернатора» Донецької області Павла Губарєва.

7 квітня 2014 було проголошено ДНР, Пушилін став співголовою тимчасового уряду ДНР.

15 травня 2014 року став головою Верховної Ради ДНР (на той момент найвища посада в ДНР).

18 липня 2014 року Пушилін пішов у відставку. Після відставки був координатором та співголовою «Народного фронту Новоросії».

За підсумками загальних виборів у ДНР 3 листопада 2014 року став депутатом Народної Ради ДНР від громадсько-політичного руху «Донецька республіка».

9 листопада 2014 року Пушилін Указом Глави ДНР Олександра Захарченка також призначено на посаду Постійного повноважного представника республіки на переговорах тристоронньої контактної групи в Мінську.

14 листопада 2014 року обраний заступником голови Народної Ради.

4 вересня 2015 року під час позачергового засідання Народної Ради ДНР було прийнято рішення про призначення Пушиліна виконувачем обов'язків голови представницького органу республіки.

11 вересня 2015 року було обрано головою Народної Ради ДНР, за обрання проголосували 76 депутатів.

7 вересня 2018 року призначений Народною Радою ДНР, яка тимчасово виконує обов'язки голови ДНР до обрання Глави республіки на всенародних виборах, призначених на 11 листопада 2018 року.

У грудні 2021 року Пушилін став членом партії «Єдина Росія».

21 лютого 2022 року Денис Пушилін підписав з боку ДНР договір про дружбу, співпрацю та взаємну допомогу з Росією.

23 вересня 2023 був офіційно визнаний головою Донецької Народної Республіки за указом президента Російської Федерації Володимиром Путіним.

З 4 жовтня 2022 року Денис Володимирович Пушилін голова Донецької Народної Республіки.