دکتر مصدق پس از شهریور ۲۰ و سقوط رضاشاه در انتخابات دوره ۱۴ مجلس بار دیگر در مقام وکیل اول تهران به نمایندگی مجلس انتخاب شد. در این مجلس برای مقابله با فشار شوروی برای گرفتن امتیاز نفت شمال ایران، او طرحی قانونی را به تصویب رساند که دولت از مذاکره در مورد امتیاز نفت تا زمانی که نیروهای خارجی در ایران هستند منع می‌شد.
در انتخابات دوره ۱۵ مجلس با مداخلات قوام‌السلطنه (نخست وزیر) و شاه و ارتش، دکتر مصدق نتوانست قدم به مجلس بگذارد. در این دوره هدف عوامل وابسته به بریتانیا این بود که قرارداد سال ۱۹۳۳ دوره رضاشاه را به دست دولت ساعد مراغه‌ای و با تصویب مجلس تنفیذ کنند. بر اثر فشار افکار عمومی مقصود انگلیسی‌ها تأمین نشد و عمر مجلس پانزدهم به‌سر رسید. در ۱۳۲۸ دکتر مصدق و همراهان وی اقدام به پایه گذاری جبهه ملی ایران کردند. گسترش فعالیت‌های سیاسی پس از شهریور ۱۳۲۰ سبب گسترش مبارزات مردم و به ویژه توجه آنان به وضع قرارداد نفت شده بود. دکتر مصدق در مجلس و بیرون از آن این جنبش را که به «نهضت ملی شدن نفت» معروف شد، هدایت می‌کرد.
ملی شدن نفت و نخست وزیری
در انتخابات مجلس شانزدهم با همه تقلبات و مداخلات شاه و دربار، صندوقهای ساختگی آراء تهران باطل شد. عبدالحسین هژیر وزیر دربار بقتل رسید و در نوبت دوم انتخابات، دکتر مصدق به مجلس راه یافت. پس از کشته شدن نخست‌وزیر وقت سپهبد حاجیعلی رزم‌آرا، طرح ملی شدن صنایع نفت به رهبری دکتر مصدق در مجلس تصویب شد. پس از استعفای حسین علاء که بعد از رزم‌آرا نخست وزیر شده بود، در شور و اشتیاق عمومی دکتر مصدق به نخست وزیری رسید و برنامه خود را اصلاح قانون انتخابات و اجرای قانون ملی شدن صنعت نفت اعلام کرد.
پس از شکایت دولت انگلیس از دولت ایران و طرح این شکایت در شورای امنیت سازمان ملل، دکتر مصدق عازم نیویورک شد و به دفاع از حقوق ایران پرداخت. سپس به دادگاه لاهه رفت و با توضیحاتی که در مورد قرارداد نفت و شیوه انعقاد و تمدید آن داد، دادگاه بین‌المللی خود را صالح به رسیدگی به شکایت بریتانیا ندانست و مصدق در احقاق حق ملت ایران به پیروزی دست یافت ودر 29 اسفند صنعت نفت ملی اعلام گردید. در راه بازگشت به ایران به مصر رفت و مورد استقبال پر شکوه ملت مصر قرار گرفت.
کشمکش با دربار و مخالفان
انتخابات دوره هفدهم مجلس بخاطر دخالتهای ارتشیان و دربار به تشنج کشید و کار بجایی رسید که پس از انتخاب ۸۰ نماینده، دکتر مصدق دستور توقف انتخابات حوزه‌های باقی مانده را صادر کرد.
دکتر مصدق برا ی جلوگیری از کارشکنیهای ارتش و دربار درخواست انتقال وزارت جنگ به دولت را از شاه نمود. این درخواست از طرف شاه رد شد. به همین دلیل دکتر مصدق در ۲۵ تیرماه ۱۳۳۱ از مقام نخست‌وزیری استعفا کرد. مجلس قوام السلطنه را به نخست‌وزیری انتخاب کرد و او با صدور بیانیه شدید الحنی نخست وزیری خود را اعلام نمود.