Camille Pelletan werd bij de oprichting van de Parti Républicain, Radical et Radical-Socialiste (PRS, Radicaal-Socialistische Partij) in 1901, lid van deze partij. Hij werd een van de leiders van de linkervleugel die het socialisme naderde. Tijdens de Dreyfus-affaire nam hij een pro-Dreyfus houding aan. Na de Dreyfus-affaire was hij van 7 juni1902 tot 24 januari1905 minister van Marine in het kabinet-Combes. Hij werd als minister sterk bekritiseerd door marine-experts als Jean Marie Antoine de Lanessan. Tijdens de grote stakingen van 1904 in Marseille betuigde hij sympathie voor de socialistische doelen en middelen van de stakers. Hierdoor werd hij door zijn opposanten gezien als ongeschikt als minister van Marine en werd hij ervan verdacht de discipline binnen de marine te ondermijnen. Hij raakte als gevolg hiervan verwikkeld in een felle polemiek met zijn tegenstanders waaronder Admiraal Amédée Bienaimé en vanwege zijn moeizame optreden werd hij het mikpunt van spot.
Na de val van het kabinet-Combes raakte hij op de achtergrond.