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Identificato come potenziale futuro primo ministro da Adnan Menderes, Demirel fu eletto leader del Partito della Giustizia nel 1964 e riuscì a far cadere il governo di İsmet İnönü nel 1965 nonostante non fosse un membro del Parlamento. Demirel nominò presidente il capo di stato maggiore, Cevdet Sunay, per ammorbidire l'atteggiamento dell'esercito nei confronti del Partito della Giustizia, che divenne presidente nel 1966.
Nelle successive elezioni del 10 ottobre 1969, il Partito della Giustizia fu ancora una volta l'unico vincitore con una valanga di voti. Demirel ha presieduto alla posa delle fondamenta della diga di Keban, del ponte sul Bosforo e dell'oleodotto tra Batman e İskenderun. Le riforme economiche hanno stabilizzato l’inflazione e la Turchia è diventata una delle economie in più rapida crescita. Tuttavia i boicottaggi e gli scioperi degli studenti universitari nel 1968 diedero inizio ad un'instabilità politica che colpì soprattutto l'esercito turco. Aumentavano anche le pressioni da parte degli Stati Uniti , poiché l'amministrazione Nixon desiderava che la Turchia vietasse la coltivazione dell'oppio, una messa in atto che sarebbe stata politicamente costosa per Demirel. L'esercito emise un memorandum di avvertimento nei confronti del governo civile nel 1971, provocando un altro colpo di stato che portò alla caduta del governo Demirel e all'istituzione di governi ad interim.