2001 wurde Dschalili vom Obersten RechtsgelehrtenAli Chamenei zu seinem Büroleiter ernannt. Mit der Wahl Mahmud Ahmadineschāds 2005 wurde er Vize-Außenminister und als solcher zuständig für europäische und amerikanische Angelegenheiten.
Vom 20. Oktober 2007 bis zum Abschluss des Atomabkommens am 14. Juli 2015 war er Nachfolger von Ali Laridschani auf dem Posten des Chefunterhändlers bei Verhandlungen bezüglich des iranischen Atomprogramms und der EU-3.
