Von 1972 bis 1994 gehörte er dem Landtag von Baden-Württemberg an. Nach seiner Wahl in den Deutschen Bundestag legte er sein Mandat nieder. Für ihn rückte Ernst Behringer in den Landtag nach.
Nach der Wahl vom 8. April 1975 wurde Dietmar Schlee am 23. Mai 1975 in das Amt des Landrates des Landkreises Sigmaringen eingeführt. Schlee bekleidete dieses Amt bis zum 3. Juni 1980, seiner Ernennung zum Minister für Arbeit, Gesundheit und Sozialordnung des Landes Baden-Württemberg. Nach seiner Berufung nach Stuttgart ging das Amt an seinen Nachfolger Jürgen Binder über.
Von 1980 bis 1984 gehörte Schlee als Minister für Arbeit, Gesundheit und Sozialordnung der von MinisterpräsidentLothar Späth geführten Landesregierung von Baden-Württemberg an. Nach der Landtagswahl 1984 wurde er zum Innenminister ernannt. Dieses Amt behielt er auch unter dem ab 1991 amtierenden Ministerpräsidenten Erwin Teufel. Nach der Landtagswahl 1992 schied er dann aus der Landesregierung aus.
Rudolf Vierhaus, Ludolf Herbst (Hrsg.), Bruno Jahn (Mitarb.): Biographisches Handbuch der Mitglieder des Deutschen Bundestages. 1949–2002. Bd. 2: N–Z. Anhang. K. G. Saur, München 2002, ISBN 3-598-23782-0, S. 744–745.
↑Die Landräte des neuen Landkreises Sigmaringen seit 1973. In: Meinrad Häberle (Hrsg.): Der Landkreis Sigmaringen, 1925–1972. Ein Beitrag zu seiner Geschichte. Jan Thorbecke, Sigmaringen 1985, ISBN 3-7995-4081-4, S. 206.
↑Bekanntgabe von Verleihungen des Verdienstordens der Bundesrepublik Deutschland. In: Bundesanzeiger. Jg. 31, Nr. 19, 27. Januar 1979.