महाराष्ट्र के प्रथम मुख्यमंत्री होने के अलावा, उन्होंने भारत की केन्द्र सरकार में कैबिनेट मंत्री के रूप में भी कई बार सेवा की है और गृह, रक्षा, वित्त तथा विदेश मामलों के मंत्री रह चुके हैं और बाद में वे भारत के उप प्रधान मंत्री भी बने.

1962 में भारत चीन सीमा विवाद के मद्देनजर यशवंतराव चव्हाण को भारत का रक्षा मंत्री नियुक्त किया गया। 1962 में रक्षा मंत्री के रूप में कृष्णा मेनन के इस्तीफे के बाद, पंडित नेहरू ने यशवंतराव चौहान को महाराष्ट्र से केन्द्र सरकार में बुलाया और रक्षा मंत्री का पदभार सौंप दिया. उन्होंने युद्ध पश्चात की नाजुक स्थिति का दृढ़ता से सामना करते हुए सशस्त्र बलों के सशक्तिकरण हेतु कई निर्णय लिए और पंडित नेहरु के साथ मिलकर चीन के साथ युद्ध विराम पर वार्ता की. वे सितम्बर 1965 के भारत पाकिस्तान युद्ध के दौरान भी रक्षा मंत्री थे।

अगले आम चुनाव में यशवंतराव चव्हाण नासिक संसदीय निर्वाचन क्षेत्र से संसद के सदस्य के रूप में निर्विरोध चुने गए। 14 नवम्बर 1966 को उन्हें देश का गृह मंत्री नियुक्त किया गया। 26 जून 1970 को उन्हें भारत के वित्त मंत्री और 11 अक्टूबर 1974 को विदेश मंत्री के रूप में नियुक्त किया गया। जून 1975 में भारत में एक आंतरिक आपातकाल की घोषणा कर दी गयी और उसके बाद के आम चुनावों में कांग्रेस का सफाया हो गया। नई संसद में, यशवंतराव चौहान 1977 में विपक्ष के नेता बने.

1978-79 में, यशवंतराव चव्हाण ने कांग्रेस छोड़ दी और देवराज उर्स, कासू ब्रह्मानंद रेड्डी, ए.के. एंटनी, शरद पवार आदि के साथ कांग्रेस (उर्स) में शामिल हो गए। प्रधानमंत्री चरण सिंह के मंत्री-मंडल में उन्हें भारत का गृह मंत्री तथा उप प्रधानमंत्री नियुक्त किया गया।

पृष्ठभूमि
महाराष्ट्र के पहले मुख्यमंत्री
केन्द्र सरकार में यशवंतराव चव्हाण की भूमिका
संयुक्त महाराष्ट्र आंदोलन