ต่อมา พันตรีวิลาศ โอสถานนท์ ได้รับการจัดตั้งเป็นผู้แทนราษฎร (ชั่วคราว) ตามพระราชบัญญัติธรรมนูญการปกครองแผ่นดินสยามชั่วคราว พุทธศักราช 2475 และเมื่อมีการประกาศใช้รัฐธรรมนูญแห่งราชอาณาจักรสยาม พุทธศักราช 2475 เมื่อวันที่ 10 ธันวาคม ปีเดียวกัน นายวิลาศได้รับการแต่งตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร (ส.ส.) ประเภทที่ 2 ในรัฐสภา และได้รับการแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรี (ลอย) และรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงคมนาคม ในคณะรัฐมนตรี ชุดที่ 9 ซึ่งมี เป็นนายกรัฐมนตรี

ในวันที่ 24 พฤษภาคม พ.ศ. 2489 พันตรีวิลาศ ได้รับการเลือกตั้งเป็นสมาชิกพฤฒสภา และได้ดำรงตำแหน่งเป็นประธานรัฐสภาและประธานพฤฒสภา ระหว่างวันที่ 4 มิถุนายน ปีเดียวกัน ถึง 24 สิงหาคม ปีเดียวกัน[4]หลังจากพ้นจากตำแหน่งได้รับการแต่งตั้งเป็นรัฐมนตรีว่าการกระทรวงพาณิชย์ ในคณะรัฐมนตรี ชุดที่ 17 ซึ่งมี พลเรือตรี ถวัลย์ ธำรงนาวาสวัสดิ์ เป็นนายกรัฐมนตรีนอกจากนั้นแล้วยังได้รับการแต่งตั้งเป็นสมาชิกสภาร่างรัฐธรรมนูญ ในปี พ.ศ. 2502 อีกด้วย และยังได้รับตำแหน่งทางราชการอีก อาทิ อธิบดีกรมโฆษณา (กรมประชาสัมพันธ์) เป็นคนแรก และผู้พิพากษากลางเมือง เป็นต้น

นอกจากนี้แล้ว ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง ได้รับพระราชทานตำแหน่งเป็น ทหารราชองครักษ์ สังกัดทหารสื่อสาร และยังได้ร่วมเป็นสมาชิกขบวนการเสรีไทยด้วย ทั้งนี้มีบันทึกไว้ว่าทางญี่ปุ่นได้ตั้งข้อรังเกียจ ดร.วิลาศ ร่วมกับ หลวงประดิษฐมนูธรรม (ปรีดี พนมยงค์) ว่าอาจมีใจเอนเอียงไม่ช่วยเหลือทางญี่ปุ่นอย่างแท้จริง เนื่องจาก ดร.วิลาศ ซึ่งในขณะนั้นดำรงตำแหน่งรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงคมนาคม มีภริยา (คุณหญิงอมร สีบุญเรือง) ซึ่งเป็นบุตรสาวของ นายเซียว ฮุดเช็ง ซึ่งเป็นประธานพรรคก๊กมินตั๋งในประเทศไทย ที่มีแนวทางทางการเมืองสนับสนุน นายพลเจียง ไคเช็ค ซึ่งต่อต้านญี่ปุ่นอยู่[5]