Năm 2011, tại Đại hội XI của Đảng, ông được bầu làm Tổng Bí thư Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam. Trong vai trò này, ông tập trung đẩy mạnh công cuộc chống tham nhũng, kỷ luật cán bộ, đặc biệt với quyết tâm đốt lò trong công cuộc phòng chống tham nhũng và xử lý các hành vi sai phạm trong Đảng. Những chiến dịch này đã tạo ra ảnh hưởng lớn trong hệ thống chính trị, thể hiện sự quyết liệt của ông trong việc nâng cao kỷ luật và đạo đức trong Đảng.Ông Nguyễn Phú Trọng tiếp tục được bầu làm Tổng Bí thư tại Đại hội XII năm 2016 và Đại hội XIII năm 2021, trở thành người đầu tiên trong lịch sử Đảng đảm nhận vị trí này qua ba nhiệm kỳ liên tiếp. Từ năm 2018 đến năm 2021, ông cũng kiêm nhiệm vai trò Chủ tịch nước sau khi