ในช่วงผลิกพันทางการเมืองไทยระหว่างเหตุการณ์ 14 ตุลาคม พ.ศ. 2516–เหตุการณ์ 6 ตุลาคม พ.ศ. 2519 นายวรชัยได้มีส่วนร่วมในการเมืองภาคประชาชน เหมือนเช่นคนหนุ่มสาวหรือนิสิตนักศึกษาในสมัยนั้น โดยรู้จักและมักคุ้นกับสมาชิกพรรคชนชั้นกรรมาชีพ ซึ่งเป็นกลุ่มคนที่มีแนวความคิดฝักใฝ่ลัทธิคอมมิวนิสต์และสังคมนิยม แต่ต่อมาได้เกิดความขัดแย้งกันในแนวความคิด โดยนายวรชัยไม่เห็นด้วยกับการนำเอาสังคมชนบทมาล้อมสังคมเมือง หรือที่เรียกกันว่า "ป่าล้อมเมือง" จึงถูกขับออกจากพรรค

ต่อมาได้เป็นพนักงานรักษาความปลอดภัย (รปภ.) ประจำห้างสรรพสินค้าอิมพีเรียลเวิลด์ สาขาสำโรง ของนายสงคราม กิจเลิศไพโรจน์ ซึ่งเป็นนักการเมืองในสังกัด พ.ต.ท.ทักษิณ ชินวัตร และนายทุนคนสำคัญที่สนับสนุนการเคลื่อนไหวของกลุ่มคนเสื้อแดง หลังเหตุการณ์รัฐประหาร 19 กันยายน พ.ศ. 2549 จึงทำให้นายวรชัยได้กลายมาเป็นสมาชิกคนหนึ่งของกลุ่มคนเสื้อแดง ประจำจังหวัดสมุทรปราการ และเป็นผู้นำเอากลุ่มคนเสื้อแดงจังหวัดสมุทรปราการ ในนาม "กลุ่มคนรักทักษิณปากน้ำ" เข้าร่วมการชุมนุมที่ท้องสนามหลวง ในปี พ.ศ. 2552 จึงทำให้ได้รู้จักกับแกนนำคนเสื้อแดงหลายคน เช่น นายจตุพร พรหมพันธุ์, นายณัฐวุฒิ ไสยเกื้อ, นายวีระ มุสิกพงศ์, น.พ.เหวง โตจิราการ และนางธิดา ถาวรเศรษฐ์ และกลายมาเป็นหนึ่งในแนวร่วมคนสำคัญในที่สุด [1]

ในวันที่ 31 สิงหาคม พ.ศ. 2553 ส.ส. สมุทรปราการ ซึ่งสังกัดพรรคเพื่อไทย 2 คน คือ นายกรุง ศรีวิไล และนายจิรพันธ์ ลิ้มสกุลศิริรัตน์ ได้แถลงย้ายไปร่วมงานกับพรรคภูมิใจไทย อย่างเป็นทางการ[2] ในวันเดียวกับที่พรรคเพื่อไทยจึงมีการแถลงเปิดตัวว่าที่ผู้สมัคร ส.ส. ของพรรคแทนทันที คือ นายวรชัย และนางสลิลทิพย์ สุขวัฒน์[3]

ต่อมาเมื่อมีการยุบสภาเลือกตั้งใหม่ พ.ศ. 2554 นายวรชัยลงสมัครในนามพรรคเพื่อไทย สามารถเอาชนะนายจิรพันธ์ ลิ้มสกุลศิริรัตน์ จากพรรคภูมิใจไทย และได้เป็นเป็น ส.ส. สมัยแรก นายวรชัยเป็น 1 ใน 8 ส.ส. ที่ถูกยื่นถอดถอนความผิดตาม พ.ร.บ.ประกอบรัฐธรรมนูญว่าด้วยการป้องกันและปราบปรามการทุจริตแห่งชาติ(ป.ป.ช.) มาตรา 62[4]

ในกลางปี พ.ศ. 2556 นายวรชัย ได้นำเสนอพระราชบัญญัตินิรโทษกรรม หรือพระราชบัญญัติปรองดองแห่งชาติ ที่มีเนื้อหานิรโทษกรรมทุกกลุ่มการเมืองในเหตุความวุ่นวายทางการเมืองก่อนหน้านั้นโดยครอบคลุมตั้งแต่ปี พ.ศ. 2549 เป็นต้นมา ซึ่งเรื่องนี้ได้ก่อให้เกิดความวุ่นวายในรัฐสภาระหว่างการประชุมพิจารณา[5] และกลายมาเป็นการชุมนุมของกปปส. (คณะกรรมการประชาชนเพื่อการเปลี่ยนแปลงประเทศไทยให้เป็นประชาธิปไตยที่สมบูรณ์อันมีพระมหากษัตริย์ทรงเป็นประมุข) รวมถึงแนวร่วมกลุ่มอื่น ๆ ในที่สุด โดยเริ่มต้นที่บริเวณสถานีรถไฟสามเสน[6]

เขาเคยจำคุกในคดี เหตุการณ์ก่อความไม่สงบของกลุ่ม นปช. เมษายน พ.ศ. 2552 ในศาลชั้นต้น ในวันที่ 5 มีนาคม พ.ศ. 2558 ต่อมาใน วันที่ 9 มีนาคม พ.ศ. 2558 เขาได้รับการประกันตัวในวงเงิน 8 แสน บาท เขาจำคุกในวันที่ 21 มีนาคม พ.ศ. 2560 ตามคำตัดสินของศาลอุทธรณ์ในคดีดังล่าว และไม่ได้รับการประกันตัวในวันดังกล่าว

ในวันที่ 12 พฤษภาคม พ.ศ. 2559 พล.ต.อ. ศรีวราห์ รังสิพราหมณกุล รองผู้บัญชาการตำรวจแห่งชาติ ได้แจ้งข้อหานายวรชัย ในข้อหามีเครื่องกระสุนปืนไว้ในความครอบครองโดยไม่ได้รับอนุญาต พร้อมกับนายประชา ประสพดี ซึ่งเป็น ส.ส.จังหวัดสมุทรปราการ พรรคเพื่อไทย เช่นเดียวกัน[7]

สมาชิกสภาผู้แทนราษฎร

นายวรชัย เหมะ ได้รับการเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรมาแล้ว 1 สมัย คือ

1. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2554 จังหวัดสมุทรปราการ สังกัดพรรคเพื่อไทย